[發明專利]一種永磁同步電機轉子位置和轉速檢測方法

有效

• 申請號: 201710889443.4
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107482977B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 張謙;李東
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/18;H02P21/26;H02P25/026;H02P27/08
• 代理公司: 11275 北京同恒源知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙榮之<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明涉及一種永磁同步電機轉子位置和轉速檢測方法，永磁同步電機控制領域。包含如下步驟：建立永磁同步電機的反電動勢方程、狀態方程；對建立的狀態方程進行矩陣向量式整理，并根據整理后的狀態方程建立狀態估計方程，由此得出狀態誤差方程；根據狀態誤差方程，建立二階滑模觀測器方程，得出反電動勢誤差方程；用sigmoid函數取代控制函數signum對反電動勢誤差方程進行更正；根據更正后的反電動勢誤差方程建立反電動勢估計方程；用反電動勢方程減去反電動勢估計方程，采用李雅普諾夫方程進行穩定性分析，由此得出轉子轉速估計方程，并修正；采用鎖相環技術提取轉子位置信息。本發明采用模型參考自適應與二階滑模相結合的觀測器估計永磁同步電機的反電動勢和轉子速度，取代傳統滑模觀測器通過反電動勢數值計算得到轉子速度。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機控制領域，涉及一種永磁同步電機轉子位置和轉速檢測方法。

背景技術

目前，在中、高速段，永磁同步電機無位置傳感器矢量控制系統的轉子位置和轉速檢測方法主要包括模型參考自適應法、擴展卡爾曼濾波器法和滑模觀測器法。模型參考自適應法以永磁同步電機數學模型為參考模型，以含有待估參數的方程作為可調模型，兩個模型具有相同物理意義的輸出量，利用兩個模型的輸出量之差，通過合適的自適應律來實現永磁同步電機轉子位置和轉速的檢測，其對電機參數的準確度依賴較大，其動態穩定性只能在一定速度區域調整為最佳。擴展卡爾曼濾波器法是線性系統狀態估計的卡爾曼濾波器算法在非線性系統的擴展應用，由于濾波器增益能夠適應環境進行自動調節，所以其本身是一個自適應系統，可用于永磁同步電機無位置傳感器矢量控制系統的轉子位置和轉速的在線檢測，但是其需要矩陣求逆，計算量大、復雜度高，實時性較差。滑模觀測器具有魯棒性強、動態響應好、算法簡單等優點，在無位置傳感器永磁同步電機控制系統中得到廣泛應用。

傳統的一階滑模觀測器在開關函數的作用下，在滑模面附近呈現出固有的抖振現象，使得估計結果在實際值上下振蕩，對估計精度產生了直接影響。低通濾波器被廣泛應用于一階滑模觀測器，以濾出滑模抖振引起的高頻噪聲，然而，低通濾波器會帶來增益衰減和相位延遲，同時增加系統的復雜性。為了有效地削弱抖振，避免低通濾波器的使用，通常采用基于準滑動模態的滑模控制方法，即采用飽和函數代替開關函數，在邊界層以外采用正常的滑膜控制，在邊界層以內采用連續狀態的反饋控制，該方法的最大缺陷是觀測誤差不能保證在邊界層內收斂到零，從而導致轉子位置和轉速估計不精確。

一階滑模觀測器總是受困于抖振問題，實踐中其會對系統的穩定性產生不良的影響，二階滑模觀測器可以有效地消除滑模抖振并且不損害魯棒性，深受眾多學者的關注。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種永磁同步電機轉子位置和轉速檢測方法，從而省去了低通濾波器，減少了系統的復雜性，同時能夠有效地抑制滑模抖振，并且保證能夠精確地估計轉子位置和轉速。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種永磁同步電機轉子位置和轉速檢測方法，該方法包含如下步驟：

S1：建立永磁同步電機的反電動勢方程：

其中：e_s＝[e_α e_β]^T，e_α、e_β分別為永磁同步電機的反電動勢在靜止兩相α-β坐標系下α和β方向分量，ω_r為永磁同步電機轉子電氣角速度；

S2：基于有效磁鏈建立永磁同步電機的狀態方程；

S3：對建立的永磁同步電機的狀態方程進行整理，并根據整理后的狀態方程建立永磁同步電機的狀態估計方程；

S4：將所述狀態估計方程減去所述狀態方程得到永磁同步電機的狀態誤差方程；