[發明專利]一種基于解耦自適應觀測器的永磁同步電機轉子位置和轉速估算方法有效

申請號：	201610239705.8	申請日：	2016-04-18
公開（公告）號：	CN105915142B	公開（公告）日：	2018-04-10
發明（設計）人：	楊家強;毛永樂	申請（專利權）人：	浙江大學
主分類號：	H02P21/18	分類號：	H02P21/18
代理公司：	杭州天勤知識產權代理有限公司33224	代理人：	胡紅娟
地址：	310027 浙***	國省代碼：	浙江;33
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于自適應觀測器永磁同步電機轉子位置轉速估算方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，具體涉及一種基于解耦自適應觀測器的永磁同步電機轉子位置和轉速估算方法。

背景技術

永磁同步電機具有轉矩密度高，效率高，動態性能優越等特點，在電力牽引、風力發電、新能源汽車、電力拖動及機器人等領域有著越來越廣泛的應用。現階段的永磁同步電動機變頻調速系統普遍采用自控式運行方式：通過與轉子同軸安裝的機械位置傳感器檢測永磁同步電機轉子位置，再根據電機的轉子位置及轉速控制逆變器的輸出頻率，實現永磁同步電機的速度控制。采用自控式控制方式能保證永磁同步電機時刻工作在同步運行狀態，因此從根本上解決了他控式永磁同步電機變頻調速系統中存在的失步、振蕩等問題。

目前市場上應用比較普遍的機械位置傳感器包括：光電編碼器、旋轉變壓器和感應同步器等。這些機械位置傳感器在提供轉子磁極位置信息的同時，也不可避免地帶來了一系列的問題，如：安裝同軸度的問題，降低系統可靠性問題，應用場合限制問題及增加系統成本問題等。為了克服以上所列舉的采用機械位置傳感器所帶來的種種問題，國內外許多學者都開展了無位置傳感器永磁同步電機驅動控制方面的研究，其主要思路是：利用永磁同步電機定子繞組的相關變量，如繞組電壓、繞組電流等信息，根據所建立的模型，間接地獲得轉子磁極位置和轉速信息，用于實現永磁同步電機矢量控制系統中的坐標變換及速度閉環控制，以取代機械位置傳感器。

目前，在中高速區間常用的無位置傳感器方法主要包括：擴展卡爾曼濾波法、滑模觀測器法和模型參考自適應方法等。擴展卡爾曼濾波法本質上是最小二乘意義上的最優估算器，具有可靠性高、對系統噪聲和測量噪聲不敏感等優點。但是，擴展卡爾曼濾波器法涉及到非常復雜的矩陣運算，并且協方差矩陣的初始值設定比較困難，只能靠經驗通過試驗選取。滑模觀測器的計算簡單，魯棒性較好，但是存在系統抖振問題，估算出來的反電動勢分量需要進行低通濾波處理，影響系統的動態特性。模型參考自適應法以電機模型作為參考模型，以Popov超穩定性理論為基礎設計自適應率，可以保證穩定的估算轉子位置和速度信息。但是，當模型參數存在誤差時，估算的轉子位置會產生較大的偏差，且低速性能也不理想。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種基于解耦自適應觀測器的永磁同步電機轉子位置和轉速估算方法，以解耦的電壓矢量作為觀測器的輸入量，消除了轉子位置和轉速估算之間的耦合，改善了無位置傳感器控制系統的動態性能。

一種基于解耦自適應觀測器的永磁同步電機轉子位置和轉速估算方法，包括如下步驟：

(1)采集電機的三相定子電流并對其進行Clarke變換，得到對應α-β坐標系下的定子電流矢量；

(2)將α-β坐標系下的定子電流矢量變換至γ-δ坐標系下的定子電流矢量；

(3)計算γ-δ坐標系下的定子電流矢量對應的電流估算矢量；

(4)根據所述的電流估算矢量利用解耦自適應觀測器通過以下公式估算出電機的轉子位置角和轉速：

其中：和分別為k+1時刻電機轉子位置角和轉速的估計值，和分別為k時刻電機轉子位置角和轉速的估計值，J為電機轉動慣量，B為電機粘滯摩擦系數，T_e(k+1)＝1.5P_nψ_fi_δ(k+1)，P_n為電機的極對數，ψ_f為電機的轉子永磁磁鏈，L_s為電機的定子電感，i_γ(k+1)和i_δ(k+1)分別為k+1時刻γ-δ坐標系下的定子電流矢量在γ軸和δ軸上的電流分量，和分別為k+1時刻γ-δ坐標系下定子電流矢量對應的電流估算矢量在γ軸和δ軸上的電流分量，T_s為采樣周期，K_m和K_d分別為解耦自適應觀測器的比例增益和積分增益且均為正數，k為大于0的自然數。