PMSM电机Ld-Lq参数测量方法
永磁同步电机混沌现象的控制仿真
永磁同步电机混沌现象的控制仿真永磁同步电动机(PMSM)在某些参数及工作条件下会出现混沌运动，表现为转矩和转速的间歇振荡、控制性能的不稳定、系统不规则的电磁噪声等。
这种混沌现象严重影响了永磁同步电动机(PMSM)的稳定工作，控制和消除此种混沌现象已经成为这一领域的一个重要课题。
研究和解决永磁同步电动机(PMSM)在运动当中的混沌现象对提高永磁同步电机(PMSG)的稳定性、可靠性等重要性能有这深远的意义。
同步永磁直流电机的数学模型在dq 同步旋转坐标系下建立的同步永磁直流电机（PMSM ）的数学模型为：1q d a d e q d d d d L di R i i u dt L L L ω=-++011()q a d q e d q q q q qdi R L i i dt L L L L ωλ=--++1()g e w m g eqd T T B dt J ωω=--(1)式中，d i 和q i 分别为发电机的d 轴和q 轴电流，d L 和q L 分别为发电机的d 轴和q 轴电感，a R 为发电机的定子电阻，e ω为发电机的电角频率，=e p g n ωω，p n 为风力发电机转子的极对数，0λ为永磁体的磁链，d u 和q u 分别为g u 的d 轴和q 轴分量，eq J 为风电机组的等效转动惯量，m B 为转动粘滞系数，e T 为发电机电磁转矩，g ω为发电机转子的转速，且有g ω=w ω。
由以上式子，直驱式永磁同步电机的电磁转矩表达式可以化简为：1.5e p d T n i λ=（2）对(2-1)式中直驱式永磁同步风力发电机的数学模型进行进一步的分析。
假设发电机d 轴和q 轴电感是相等的，即d L =q L =l ，经过无量纲变换的均匀气隙的PMSM 数学模型为：dd g q d di i i u dtω=-++q q g d g q di i i u dt ωγω=--++()g q g wd i T dtωσω=--（3）(2-3)式当中，d i ，q i ，g ω，分别为经过变换的直轴电流、交轴电流和发电机的角速度。
意法半导体对外公开的最新版PMSM电机控制培训资料
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PMSM FOC – 框图
Gate drivers
10
Power Bridge IPM/Discrete
Motor
va,b,c
BKIN
Current sensors: 3shunt/1shunt/ICS
DC V – TEMP
Speed sensors: Sensorless, Hall, Encoder
• Encoder
• 成本较高，一般适用于伺服控制
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• Hall
• 成本较低，一般适用于马达静止或低速下也要求额定扭矩的应用
• Sensorless
• 高频注入算法 – HFI
• 适用于凸极马达（IPMSM，Ld<Lq） • 能实现马达转子位置的精确检测，即使在 静止或低速下 • 仅STM32F3和STM32F4系列支持
Φr
Te maximized if…
t
STM32 PMSM FOC SDK v3.2 29/10/2014
PMSM FOC 简介:坐标系转换
• clarke 变换: ia,ib,ic (120º) 转换为 iα,iβ(90º); (假设ia+ib+ic=0)，交流->交流：
iα = ias iβ = − ias + 2ibs 3
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• ST马达控制论坛： https:///public/STe2ecommunities/ motordriver_ics/default.aspx
STM32 PMSM FOC SDK V4.0 新特性
新特性
• 新的架构 • Workspaces and projects(IAR EWARM/KEIL) • 若干个软件库使用例程 • MC Applications(State machine, Tasks) • Light/Full LCD 界面 • 快速单向/双向串口通讯 • Workbench 新特性(无传感器起动,例子,帮助文档关联,PFC) • 高频注入无传感器算法
电机电流测量方法
电机电流测量方法
电机电流可以通过以下方法进行测量：
1. 使用电流表：将电流表的连接线放置在电机电流回路中，使其与电机电流方向一致。
然后将电流表的选择档位调整到适当范围，即可读取电机电流的数值。
2. 使用电流传感器：电流传感器是一种将电流转换为电压信号输出的装置。
将电流传感器连接到电机电流回路中，然后通过测量电流传感器输出的电压信号，可以间接获得电机电流的数值。
3. 使用电流互感器：电流互感器是一种通过电磁感应原理将高电流变换为低电流的装置。
将电流互感器连接到电机电流回路中，然后通过测量电流互感器输出的电流信号，可以获得电机电流的数值。
需要注意的是，在进行电机电流测量时，应确保测量仪器的使用方法正确，并且与电机电流回路连接可靠，以保证测量结果的准确性和安全性。
永磁同步电机的转子磁极位置辨识方法综述
L2 sin 2 s ˆd s i Rs L1 L2 cos 2 s
（2.17）
ˆd s i Rs L1 L2 cos 2 s 2 us s Rs 2 Rs L1 s L1 L2 L1 L2 s 2
华南理工大学 自动化学院 游林儒教授实验室文档
PMSM 转子磁极位置静止型学习方法研究
华南理工大学 黄招彬 2013-3-15 Email: abinhill@ 永磁同步电机（PMSM）的起动与矢量控制需要知道转子磁极的当前位置（相对于 A 相/ 轴） 。本文针对永磁同步电机的转子磁极初始位置辨识，研究了利用 PMSM 凸极效应或饱和凸 极效应的几种磁极位置辨识方法，包括相等脉冲宽度电压注入法、高频正弦电压注入法和高频 旋转电压注入法。 1. 前言 永磁同步电机中编码器（增量式或绝对式）的安装一般如图 1.1 所示，电机的定子（含线 圈）与编码器的定子固定在一起，电机的转子（含永磁体）与编码器的转子固定在一起（含零 位信号 Z 或者 R） 。设电机定子的静止坐标系参考为 A 相绕组，定为 轴，同时设编码器定子 的静止参考为 A ，可记 1） 2） 3） 4） （变化） ； NA 为矢量控制的解耦角度（转子磁极 N 极位置到 轴之间的电气角）
NZ 为转子磁极 N 极位置到编码器转子零位信号 Z 之间的机械角（固定） ；
； ZA 为编码器转子零位信号 Z 到编码器定子静止参考 A 之间的机械角（变化） 。 AA 为编码器定子静止参考 A 到电机定子 A 相/ 轴之间的机械角（固定）
设电机的极数为 P ，即极对数为
P ，则有 2
的时间，最后时刻的 d 轴电流峰值在转子磁极方向与其反向时达到最大值。由式（2.10） （2.11） 可知，当施加相同伏秒数（电压乘以时间）时，时间越短（对应电压越高） ，定子电阻影响越小。
三相异步电动机的参数测定
三相异步电动机的参数测定在异步电机的矢量控制系统中，电动机的参数是十分重要的物理量。
在电机学中利用电动机的参数构成等值电路，以此为基础可以对三相电动机的各种运行特性进行分析。
变频调速中采用的矢量控制，控制系统性能完全依赖于所使用的电机参数的准确程度，如果参数不准确，将直接导致矢量控制性能指标下降，其至导致变频器不能正常工作。
三相异步电动机的基本参数包括定子电阻、定子漏感、转子电阻、转子漏感、定转子互感。
这些参数的确定，可以利用电机设计制造时的技术数据进行理论计算，但计算复杂，并且与实际有较大误差，也可以采用试验方法确定，下面具体介绍在变频器中采用试验的方法对各参数的测试。
在变频器中，测试参数主要有两种方法：一种是在线测试，一种是离线测试。
在线测试方法主要有卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、滑模变结构法等，这些方法要求处理器具有较高的处理速度，对系统硬件要求较高，离线测试方法主要有频率响应试验、阶跃响应试验等，但测试精度不高，存在计算复杂、程序计算量大等问题，故很少采用。
主要介绍根据传统的电机学试验原理，在变频器中对电机参数进行离线测试，通过对其采取相应的措施达至测试参数的高精确度。
在变频器系统中，采用直流伏安法测试定子电阻的关键是如何得到低压直流电源，当变频器直接连接到电网时，其直流母线电压较高，通常的办法是对直流母线进行电压斩波控制，得到一个平均值很低、周期固定且占空比固定的高频电压脉。
在实际的应用中，对电机进行堵转比较困难，在此采用单相短路试验代替三相试验，当电机加上单相正弦电压时，没有电磁转矩产生，其电磁现象与三相堵转时基本相同，测试中，让电机的某一相开路，在另外两相之间通入单相的正弦交流电，然后通入一定的电流，此时测试定子上的电压，电流和输入功率，这样即可计算出电机的短路电阻和短路电抗。
PMSM直接转矩控制
us
d ψs dt
e js
jωsψs
usr
usn
(5-10)
usr
d ψs
(5-12)
可用外加电压 us 来直接控制 ψs ，利用其径向分量 usr 控制幅值 ψs 的变化，
而利用其切向分量 usn 控制 ψs 的转速 ωs ，如图 5-2 所示。
(5-6)
式(5-7)可近似表示为
us
dψs dt
(5-7)
ψs us t
(5-8) 6
现代电机控制技术 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制
式(5-8)表明，在很短时间 t 内，矢量 ψs 的增量 ψs 等于 us 与 t 的乘 积， ψs 的方向与外加电压 us 的方向相同，如图 5-2 所示。
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现代电机控制技术 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制
图5-5 直接转矩控制系统原理框图
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现代电机控制技术 第5章 三相永磁同步电动机直接转矩控制
5.1.3 磁链和转矩估计
无论是感应电动机还是 PMSM，直接转矩控制都是直接将转矩和定 子磁链作为控制变量，滞环比较控制就是利用两个滞环比较器直接控制 转矩和磁链的偏差，显然能否获得转矩和定子磁链的真实信息是至关重 要的。电磁转矩的估计在很大程度上取决于定子磁链估计的准确性，因 此首先要保证定子磁链估计的准确性。
由式(5-23)和式(5-24)，可得
Pe
m E0Us Xd
sin sf
m
U
2 s
2
1 Xd
1 Xq
sin
2
sf
(5-25)
电机的测量方法
电机的测量方法
电机的测量方法
电机是现代工业中不可或缺的设备，为了保证电机的正常运行，需要对其进行测量。
下面将介绍电机的测量方法。
1. 直流电机的测量方法：
(1) 用万用表或直流电压表分别测量电枢绕组和场绕组的直流电阻值，并记录下来。
(2) 测量直流电机的空载特性曲线，即在不带负荷时，分别测量转速和输出电压，并绘制出转速与输出电压之间的关系曲线。
(3) 测量直流电机的负载特性曲线，即在带负荷时，分别测量转速和输出电压，并绘制出转速与输出电压之间的关系曲线。
2. 交流异步电动机（简称异步电机）的测量方法：
(1) 测定异步电动机各相绕组之间和各相与地之间的绝缘阻值，并记录下来。
(2) 测试异步电动机运行时各项参数：如额定功率、额定转速、额定效率、额定功率因数等。
(3) 测试异步电动机在不同负载条件下运行时各项参数：如输入功率、输出功率、效率、功率因数等。
3. 交流同步电动机（简称同步电机）的测量方法：
(1) 测定同步电动机的空载特性曲线，即在不带负荷时，分别测量转速和输出电压，并绘制出转速与输出电压之间的关系曲线。
(2) 测定同步电动机的负载特性曲线，即在带负荷时，分别测量转速和输出电压，并绘制出转速与输出电压之间的关系曲线。
(3) 测试同步电动机运行时各项参数：如额定功率、额定转速、额定效率、额定功率因数等。
以上就是对直流电机、异步电机和同步电机的测量方法介绍。
在实际操作中，需要根据具体情况选择合适的仪器设备进行测量。
同时，在进行测量过程中要注意安全事项，以免发生意外事故。
基于Ansoft maxwell 的PMSM 的Ld,Lq 线性解耦仿真
基于Ansoft maxwell 的PMSM 的Ld,Lq 线性解耦仿真作者：陆海斌，等来源：《中小企业管理与科技·上中下旬刊》 2016年第3期陆海斌1 辜贇21.长安轻型车研发中心河北定州073000；2.长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000摘要基于车用永磁同步电机的特点，以一台三相内埋式永磁同步电机为例，借助Ansoft Maxwell 软件采用有限元方法分析磁路饱和对交、直轴电感的影响，确定电机的交、直轴电感矩阵，为进一步控制电机做指导。
关键词 PMSM；有限元；交直轴电感；电磁饱和基于AnsoftMaxwell 软件，以一台车用三相永磁同步电机为例进行有限元仿真。
求解出内置式永磁同步电机的交、直轴电感矩阵。
并总结磁路饱和对交、直轴电感的影响趋势。
为进一步实现电机控制提供输入和参考。
1 电机模型的建立及基本参数模型建立：2 使用Ansoft 软件进行参数扫描2.1 添加电流激励模型建立完成后，定子三相绕组添加电流激励，在AnsoftMaxwell 里点击Excitations->PhaseA->将Id×1.414×cos(2×pi×p×n/60×time)+Iq×1.414×sin(2×pi×p×n/60×time)。
B、C 相相同。
2.2 添加扫描参数由于计算量较大，为节省时间，在利用Ansoft MaxwellTM 进行计算时，可以使用参数扫描。
目前的做法是固定Iq，扫描同一Iq 下不同Id 的情况。
将每次计算的结果进行傅里叶分解出电压基波幅值及相位。
2.3 仿真结果根据永磁电机矢量控制原理，定子电流Is 分解到d-q 轴系上的Id、Iq,依据激励条件对Id 进行参数扫描，扫描范围是覆盖电机所有工况的电流范围。
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2 1 J t t Tm T0 2 1 3 J 4 0 T0 t4 t3
(10)
式中 Tm 为测功机施加给永磁电机转子的转矩，可由测功机的功率与转速求得，即 Tm=P/ （npω） ，T0 为空载转矩。解方程组即可得转动惯量 J。
哇哈哈 PMSM 参数测量实验
测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量 Ui(例 如 U1)和零矢量 U0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量 Ui 的幅值,直到定子电流 达到额定值。如图 1 所示为实验的等效图,A、B、C 为三相定子绕组,Ud 为经过斩波后的等效 低压直流电压。Id 为母线电流采样结果。 当通入直流时， 电机状态稳定以后，电机转子定位， 记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为：
ud Rid Lqiq Ld
did dt
ud Rid Ld
did dt
(3)
对于 d 轴电压输入时的电流响应为：
t U i (t ) (1 e Ld ) R R
(4)
利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中 U/R 为稳态时的电流反应， R 为测得的电机定子电阻。 由上式可知电流上升至稳态值的 0.632 倍时，
uq Riq Ld id Lq
diq dt uq NhomakorabeaRiq Lq
diq dt
(6)
q 轴电流将按如下的指数形式建立:
t U L i (t ) (1 e q ) R R
(7)
利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。 此外，由于没有正好超前 d 轴 90°的电压矢量，需要施加一个 60°和 120°合成矢量来完 成等效 q 轴电压矢量的施加过程。并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安 全。作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样 可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。 4． 反电势系数的测量 采用空载实验法， 即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转， 同时保持被测电机 负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。结合转速、反电势可以计算得出 相应的反电势系数，计算公式如下：
Te TL J t
(9)
在电机恒转矩运行过程中，测量时间 t 内电机转速的变化 ，即可计算得转动惯量。 保持永磁电机定子端开路，首先用测功机以恒定转矩拖动电机加速运行，分别记录 t1 与 t2 时刻转速 ω1 与 ω2；然后让电机自由停机，并分别记录 t3 与 t4 时刻的转速 ω3 与 ω4。列写方 程组：
1 I a I d , Ib I c I d 2
Rs 2U d 3I d
(1) (2)
Id
A O
Ud
B
C
图 1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重 合的位置,也即此时的 d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状 态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U1), 此时电机轴不会旋转(ω =0),d 轴定子电流将建立起来，则 d 轴电压方程可以简化为：
R t 1 ，电感与电阻的关系式可以写成： Ld
Ld t0.632 R
其中 t0.632 为电流上升至稳态值 0.632 倍时所需的时间.
(5)
3． 交轴电感的测量 测出 Ld 之后,在 q 轴方向(d 轴加 90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取 的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则 q 轴电压方 程可以简化为：
Ke
E 1000 n
(8)
式中：E 为反电势，n 为转速。电机的反电势系数，其定义为每 1000PRM 时电机每相绕组上的反电势
电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相）
这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。 5． 转动惯量的测量 根据简化的电机运动方程：