[發明專利]一種用于永磁無刷直流電機角加速度估計的方法

無效

• 申請號: 201210080884.7
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102624303A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 郭鴻浩;周波;許恩利;劉穎;孫鑒非
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種電機轉子角加速度估計方法，具體涉及一種用于永磁無刷直流電機角加速度估計的方法，屬于永磁電機控制領域。

背景技術

角加速度是電機動態過程的一個重要表征量，與位置、速度等信息相比，角加速度更直接地反映了電機軸上的受力情況。將角加速度反饋應用于永磁無刷直流電機調速系統或位置伺服系統，可以提高電機控制的動態品質并抑制穩態時由外界擾動引起的轉速或位置波動。如在調速系統中引入轉速微分負反饋(即角加速度反饋)后，可使比例-積分(PI)調節器在轉速達到給定之前退飽和，從而抑制甚至消除單獨使用PI調節器時產生的轉速超調。

實現角加速度反饋的關鍵與難點在于加速度信息的實時獲取，就其獲取方法而言，主要有直接測量和間接計算兩種。直接測量需要用到角加速度傳感器，但是角加速度傳感器檢測原理復雜且價格昂貴，量測噪聲也無法避免，而且很多場合由于體積的限制，無法再增加額外的傳感器件，這些因素都限制了直接測量法的應用。間接計算利用角度、速度和角加速度之間的線性關系，先由位置傳感器測得電機角度，之后利用二階數值微分或狀態觀測器計算角加速度。由于數值微分容易放大高頻干擾，采樣時間越短，干擾越大，故實際應用需要加入低通濾波器以抑制高頻干擾，這就不可避免地引入了時間延遲，縮小了角加速度反饋的響應頻帶。采用狀態觀測器的方法，如卡爾曼濾波器計算電機角加速度，將電機角度、速度和角加速度作為狀態變量，構建離散狀態空間方程，之后利用迭代方法進行狀態估計，被估計的狀態在協方差最小化的意義上是最優的，取得了較二階數值微分更好的效果。

角加速度計算的現有技術都需要準確的位置信息，并且對位置信號的分辨率有較高的要求，通常采用高精度光電編碼器檢測電機轉子位置。而永磁無刷直流電機常用的霍爾位置傳感器分辨率低，每360°電角度范圍內只產生6個位置信號，這樣角加速度值每隔60°電角度才能更新一次，而且計算得到的角加速度是60°范圍內的平均值，角加速度信息的實時性受到很大影響。此外，由于制作工藝或安裝方面的問題，霍爾位置傳感器輸出信號常出現不對稱的情況，即相鄰兩個位置信號間的間隔不是準確的60°電角度。這樣即使恒速情況下，由霍爾位置傳感器計算得到的速度和角加速度值都會出現波動。為消除位置信號不對稱的影響，需要加入濾波器，但由于不同電機的霍爾位置傳感器的不對稱情況不盡相同，濾波器設計需針對特定情況進行，不僅繁瑣而且引入了相移，因此利用現有技術較難準確地計算永磁無刷直流電機的角加速度值。

發明內容

本發明的目的，在于提供一種用于永磁無刷直流電機角加速度估計的方法，其利用反電勢中包含的位置信息估算永磁無刷直流電機角加速度，解決了現有技術中永磁無刷直流電機角加速度計算受霍爾位置傳感器加工精度影響和分辨率制約，導致的計算結果延遲大、準確性差的問題。

為了達成上述目的，本發明的解決方案是：

一種用于永磁無刷直流電機角加速度估計的方法，其是利用無刷直流電機反電勢中包含的位置信息估算電機的角加速度，包括以下步驟：

(1)根據αβ坐標系下無刷直流電機的狀態空間方程建立滑模狀態觀測器，對無刷直流電機反電勢在αβ坐標系下的兩個分量e_α、e_β進行觀測，得到反電勢觀測值

(2)將觀測到的反電勢值通過帶通濾波器進行濾波，濾除反電勢觀測值的直流偏置和5次及以上的奇數頻次高頻分量，得到反電勢觀測值的濾波值

(3)采用如下公式，對反電勢觀測值的濾波值進行歸一化處理：