第３６卷第６期 ２０１３年１２月 长春理工大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｖ０１．３６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３
永磁同步电机参数测试系统的设计
唐晨，张茂云，贾冰
（长春理工大学机电工程学院，长春１３００２２）
摘要：永磁同步电机由电机控制器驱动，使其按照任意方向和速度运动。电机驱动器在驱动电机运行时需要根据电机的 精确参数值进行计算，常用的参数有定子电阻、定子ｄ轴电感、定子ｑ轴电感等。本文设计了一种永磁同步电机参数测试系 统，通过单片机的辨识算法来估算电机参数真实值，为电机驱动器的设计者提供了一种很好的辅助工具。 关键词：永磁同步电机；参数测试；定子电阻；定子电感 中图分类号：ＴＭ３８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２～９８７０（２０１３）０６～Ｏ０８６—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｔｅｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ
Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｍｏｔｏｒ
ＴＡＮＧ Ｃｈｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｍａｏｙｕｎ，ＪＩＡ Ｂｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ．ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｍｏｖｉｎｇ ｉｎ ａｎｙ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｐｅｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、 ｔｈｅ ｄ－ａｘｉｓ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｑ－ａｘｉｓ ｏｆ ｓｔａｔｏｒ ｉｎ－ ｄｕｃｔａｎｃｅ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ａｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ—ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏ－－ ｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ｔｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｔｒｕｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｇｏｏｄ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｅｓｔ；ｓｔａｔｏｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｓｔａｔｏｒ ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ
随着科学技术的迅速发展，永磁同步电机具有
高效率、高功率、高起动力矩等优点，已经广泛运用
于核电、军工、船舶、风电以及车载混合动力等工业
系统当中。永磁同步电机由电机控制器驱动运行，
使得电机跟随给定值进行任意方向和速度运动 。
电机控制器在驱动电机运行时，需要根据电机的精
确参数值进行计算，常用的参数包括定子电阻尺 、
定子ｄ轴电感Ｌ 、定子ｑ轴电感Ｌ 和转子磁链
等，这些参数在有的电机用户手册里是没有标定的，
如果电机驱动器不能准确获得这些参数是非常不方
便的，一旦设计值和真值相差很大，会对控制系统的
性能造成很大的影响，甚至无法工作 。本文设计
了一种永磁同步电机参数测试系统，通过单片机采
集电机端子的电流、电压信号，经过计算处理来估算
电机参数真实值。 电机参数测试的原理
１．１定子电阻Ｒ 的测量原理
定子电阻指的是永磁同步电机每相绕组线圈的
电阻值。根据欧姆定理可以直接用伏安法进行测
量，其原理图如图１所示：
收稿日期：２０１３－０９－１８ 作者简介：唐晨（１９８６一），女，博士研究生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｔａｎｇｃｈｅｎ＠ｃｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 图１定子电阻的Ｒ 原理图
６ ８８ 长春理工大学学报（自然科学版） ２０１３正
吉 ＝丢（肼＋ｄｉ）＝ Ｌｑ —— Ｌ 十
ｄ。。。—ｔ— Ｔ
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２ ￡（丁）
（１０）
２ 电路设计
系统采用ｓｔｍ３２作为主控单片机，通过ＩＯ口控 制ＩＰＳ５１１上拉开关、５００２下拉开关的开断来实现电
机各端子之间的连接和断开，通过单片机的ＡＤ端
Ｅｌ采集测试电阻上的电压值，计算求得电机参数，实 现上述测试原理的电路设计，系统的组成框图如图 ５所示：
开关电路 ｋ 。。控制 串口通信一Ｉ由，ｌｆｌ ｎ ＝ 强 ｔ 胡‘，ｕ 口
ｉ 盥 — 上位机
永磁同步电机 ｌ 机 一帕ｎ ｌ 按键
采样电阻ｌ ＡＤ采集－ — 塑 测试进程指示ｊ Ｉ
图５系统组成框图
电路设计的时候要注意以下几个问题： （１）系统供电电压的选择要恰当，首先要保证采
样电阻上的电压降要小于Ｉ／Ｏ口所能加载的最大电 压３．３Ｖ，也不能让电感上的电流过早达到饱和，使
得变化曲线失真。同时供电电压也不能过小，会导
致采样电阻上的电压过小，采样区间太小，会增大误 差的影响。综合多种因素，经过多次电路测试实验， 系统电源电压选定为９Ｖ，由７８０９稳压电源模块提
供。 （２）采样电阻和单片机的ＡＤ采集端口连接，当
测试电机的内阻很小只有几欧姆的时候，在采样电
阻上承受的压降很大，所以要选用大功率电阻，系统 的采样电阻选用了２２Ｑ的大功率电阻。
电撬－乎ｎ 睛
。 上拉拜黄 一 —
ｉ 磊 ！ ｌ
— 、，％∞ Ｉ ＩｌＩ。 — ｖ。ｃ 盘
图６测试电路原理图 系统可以由按键开始参数测试，将测试结果通
过串口发送给电机驱动器，也可以由上位机发送命
令进行测试，由测试进程指示灯显示测试的进程。
参数测试时，由单片机控制ＩＰＳ５１１、５００２来切换测
试内容，开关模块的电路图如图６所示，下拉开关
５００２导通时，电机的ｖｗ两个端子相连，上拉开关
５１１闭合时，系统接通电源，进行测试。
３电机参数测试的软件设计
系统的软件部分采用了从底到顶的模块化设计
理念，软件总体的结构可以分为底层配置、顶层应用
程序和测试逻辑程序。底层主要对ＳＴＭ３２的端口
和系统功能进行初始化配置，顶层以各个模块为一
个单元，将这个单元所用到的子函数编写在里面，测
试逻辑程序通过调用每个单元的子程序，完成整个
系统的测试流程。同时，使用ＶＣ ６．０编写的上位机
ＭＦＣ界面，在测试时与本系统配合使用，系统完成
测试流程后，把数据发送到上位机进行显示。
电机参数测试系统有两种运行方式，一种是通
过按键控制，另一种是通过上位机发送测试命令，按
键自动控制按照测试流程依次进行测试，上位机按
照收到的命令字，根据通信协议执行相应的测试。
测试逻辑程序的流程图如图７所示：
Ｙ
图７测试流程图
４实验结果
在系统测试中，在常温条件下对多个永磁同步
电机的参数进行测试，能够在短暂的时间内完成电
机参数的测试，如表１所示为对某电机进行多次测
试的重复性结果，图８为上位机界面。
第６期 唐晨，等：永磁同步电机参数测试系统的设计 ８９
表１重复性测试
通过实验结果可以看出，本系统可以测量电机 定子电阻尺 、定子ｄ轴电感Ｌ 、定子ｑ轴电感Ｌ
等参数，实验结果重复率较高，程序运行稳定可靠， 不易出错，为电机驱动器的设计者提供了一种很好 的辅助工具。
（上接第７７页）
５结论
本文运用ＡＢＡＱＵＳ对初始设计的汽车悬架控
制臂结构进行了仿真模态分析，发现该控制臂结构 在车辆怠速工况下，将发生共振；根据模态振型图，
找到了该控制臂结构的薄弱环节存在于边缘部，并 对其进行结构改进，提高了所设计控制臂结构的固
有频率；经验证分析，改进后的控制臂结构固有频率 高于车辆怠速工况下的激励频率，且满足所应用车
辆对该控制臂结构的振动特性要求，为汽车悬架控 制臂的设计、制造提供了理论分析基础。
参考文献
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