近年來(lái)，同步磁阻電機(jī)（Synchronous Reluctance Motor, SynRM）因具有功率密度高、效率高、調(diào)速范圍寬和噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，逐漸進(jìn)入國(guó)內(nèi)外學(xué)者的視野。相比于異步電動(dòng)機(jī)，同步磁阻電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)無(wú)異，但轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)比較特殊，其轉(zhuǎn)子由特定形狀的高導(dǎo)磁材料疊片疊壓而成，只產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，提高了電機(jī)的運(yùn)行效率和安全性。

由于同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上不存在勵(lì)磁源，電機(jī)的磁路飽和程度取決于定子繞組的電流，在實(shí)際運(yùn)行中磁飽和對(duì)直軸與交軸的影響差別很大。如對(duì)直軸電感作線性化處理將產(chǎn)生很大誤差，嚴(yán)重影響電機(jī)的暫態(tài)響應(yīng)和精確控制。因此，要實(shí)現(xiàn)對(duì)同步磁阻電機(jī)的精確控制，需要建立精確的電機(jī)參數(shù)辨識(shí)方案。

目前，針對(duì)永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）的參數(shù)辨識(shí)已得到了廣泛的研究，但針對(duì)同步磁阻電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法還有待進(jìn)一步研究。目前同步磁阻電機(jī)參數(shù)辨識(shí)的方法大致包括工程檢測(cè)法、頻域檢測(cè)法、時(shí)域檢測(cè)法三大類。

• 有學(xué)者采用P-Q圓法進(jìn)行電感測(cè)量，由于同步磁阻電機(jī)電感隨負(fù)載變化較大，因此測(cè)量得到的參數(shù)只適用于某個(gè)固定的運(yùn)行點(diǎn)。
• 有學(xué)者采用電壓積分法測(cè)量電感，但無(wú)法測(cè)量不同負(fù)載下的電感。
• 有學(xué)者利用直接負(fù)載法，并通過(guò)在被試電機(jī)轉(zhuǎn)子上安裝一個(gè)每轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)脈沖的編碼器，離線分析出功角，然后對(duì)電機(jī)交、直軸電感進(jìn)行計(jì)算。
• 有學(xué)者提出了一種利用阻抗測(cè)量工具對(duì)dq電感進(jìn)行測(cè)量的方法，但該方法只適合于測(cè)量電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用的某些場(chǎng)合中，通過(guò)額外硬件設(shè)備進(jìn)行辨識(shí)的工程檢測(cè)法不適合推廣使用。
• 有學(xué)者提出了高頻注入法是通過(guò)在電機(jī)定子端加一個(gè)三相平衡的高頻電壓，通過(guò)對(duì)高頻響應(yīng)信號(hào)的分析得到電機(jī)電感參數(shù)信息。
• 有學(xué)者采用靜態(tài)頻率響應(yīng)法（Standstill Frequency Response, SSFR）對(duì)PMSM的等效dq軸電路參數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)。
• 有學(xué)者提出了考慮磁路飽和的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)電感參數(shù)旋轉(zhuǎn)辨識(shí)算法，并對(duì)逆變器非線性進(jìn)行了補(bǔ)償。
• 有學(xué)者采用同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中諧波電流分次控制策略，通過(guò)簡(jiǎn)單的算法變換消除非同步諧波補(bǔ)償電流交流擾動(dòng)量，從而快速提取出同步直流量。
• 有學(xué)者提出了通過(guò)電壓源型逆變器（Voltage Source Inverter, VSI）產(chǎn)生多正弦信號(hào)的方案，減少了不必要的測(cè)試時(shí)間。
• 有學(xué)者提出一種簡(jiǎn)單快捷的方法，使用雙極電壓對(duì)磁鏈進(jìn)行估計(jì)，使用線性最小二乘的方法來(lái)擬合數(shù)學(xué)模型。
• 有學(xué)者采用高頻信號(hào)注入法，詳細(xì)闡述了信號(hào)注入法的優(yōu)點(diǎn)與存在的問(wèn)題。然而，對(duì)于凸極性較強(qiáng)的電機(jī)，采用頻域檢測(cè)法辨識(shí)參數(shù)更加簡(jiǎn)單有效。

時(shí)域檢測(cè)法主要是利用時(shí)域信息對(duì)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，這類方案運(yùn)算較為復(fù)雜。

• 有學(xué)者提出基于外部攝動(dòng)的時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，利用電機(jī)模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)。
• 有學(xué)者提出的擴(kuò)展卡爾曼濾波算法是一種適應(yīng)于非線性時(shí)變系統(tǒng)的最優(yōu)遞推估計(jì)算法，通過(guò)建立永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型對(duì)電樞電感等各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。
• 有學(xué)者提出了一種在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)的方法，其在諧波很大時(shí)，仍具有很好的精度。
• 有學(xué)者提出了一種基于最小二乘的遞歸法對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，其考慮了逆變器非線性因素。

針對(duì)以上方法和問(wèn)題，本文研究了一種靜止?fàn)顟B(tài)下針對(duì)SynRM的離線參數(shù)辨識(shí)方法，通過(guò)在電機(jī)靜止坐標(biāo)系下注入旋轉(zhuǎn)電壓信號(hào)，使用定向旋轉(zhuǎn)變換法對(duì)信號(hào)幅值進(jìn)行解調(diào)。該方案無(wú)需使用濾波器，避免了濾波器導(dǎo)致辨識(shí)結(jié)果失真的問(wèn)題。

同時(shí)，采用遞推離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform, DFT）算法計(jì)算靜止軸系中的電流正負(fù)序分量幅值，該算法運(yùn)算量小，易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)。最后在5.5kW SynRM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明所提方案具有較高的檢測(cè)精度。

圖6 SynRM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

總結(jié)

本文研究了一種基于旋轉(zhuǎn)信號(hào)注入的同步磁阻電機(jī)參數(shù)離線辨識(shí)方法，無(wú)需額外的硬件測(cè)量設(shè)備與濾波器的使用，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)下的電感準(zhǔn)確辨識(shí)。該方法通過(guò)分析同步磁阻電機(jī)諧波產(chǎn)生的機(jī)理與諧波次數(shù)，提出了基于遞推DFT求解的定向旋轉(zhuǎn)變換方法。

該方法克服了電流諧波帶來(lái)的誤差影響，并且整個(gè)辨識(shí)過(guò)程不依賴于轉(zhuǎn)子的位置估計(jì)。實(shí)驗(yàn)中對(duì)比了三種信號(hào)提取方案，驗(yàn)證了本文所提出方法的準(zhǔn)確性與可行性，為同步磁阻電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)提供了一種行之有效的方法。