[發明專利]一種基于IGSO優化EKF的無傳感器永磁同步電機速度估計方法

在審

• 申請號: 201810055781.2
• 申請日: 2018-01-20
• 公開（公告）號: CN108306567A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 張相勝;田佳文;潘豐
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/24
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發明提出了一種基于IGSO優化EKF的無傳感器永磁同步電機速度估計方法，屬于無傳感器永磁同步電機控制技術領域。基于改進群搜索優化算法的擴展卡爾曼濾波速度估計方案，首先，建立PMSM磁場定向控制系統模型。然后，將電機的d?q軸電壓、電流和轉子速度作為狀態變量，構建EKF中的狀態方程來估計轉速。同時，為了提高EKF的估計性能，以估計值與實際值的平方誤差積分作為適應度函數，通過IGSO算法來優化EKF中的噪聲協方差矩陣Q和R，以此獲得最優參數從而提升系統的動穩態性能。

技術領域

本發明屬于無傳感器永磁同步電機控制技術領域，涉及一種無傳感器永磁同步電機測速方法。

背景技術

伺服系統也稱隨動系統，屬于自動控制系統的一種，系統輸出量自動，連續，精準的跟隨輸入量的變化而變化，交流伺服系統涉及微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、稀土材料制造技術以及電機控制技術。隨著這些技術的快速發展和進步，現代伺服系統正逐步由模擬式向數字化方向過度。永磁同步電機具有結構簡單、功率高、功率密度小、體積小、運行安全可靠、相應速度快等眾多優點，廣泛應用于數控加工設備、包裝打印設備、材料輸送設備、醫療器械等行業，并開始取代直流電機和步進電機，其更適合用于精度和穩定性要求比較高的場合，如今已經成為伺服系統的主流。

空間矢量控制采用電流內環和速度外環的雙閉環控制結構，在傳統的速度環中，為了得到轉子速度和位置的反饋，需要在轉子上安裝位置傳感器并不斷檢測位置和速度。在傳統的伺服控制系統中存在傳感器或者編碼器，可以實時獲取電機的位置和轉速信息，得到良好的控制性能。但在實際應用中仍然存在一些諸如易受環境干擾、增大系統體積，增加硬件成本等問題，為了解決這些問題，人們提出了一些通過電機的電流、電壓等一些物理特性直接估算出轉子位置的方法。

多年來，經眾多國內外相關學者深入研究，無速度傳感器永磁同步電機控制技術呈現出了許多方法。其中，電機轉速是通過估計模型來預測，估計模型通常有模型參考自適應系統(Model Reference Adaptive System,MRAS)、觀測器、擴展卡爾曼濾波器(ExtendedKalman Filter,EKF)、模糊邏輯和人工神經網絡等。其中EKF應用較為廣泛，然而，EKF中的噪聲協方差矩陣Q和R的取值直接影響估計性能，需要取最優的參數值才行。

發明內容

為了提高無傳感器永磁同步電機的控制精度，本發明專利提出一種基于IGSO優化EKF的無傳感器永磁同步電機速度估計方法。

本發明所采用的技術方案是：

根據永磁同步電機模型，建立擴展卡爾曼濾波空間狀態方程，尋找f_k-1和h_k間的雅克比矩陣，計算預測狀態矩陣x_k-1和誤差協方差矩陣并P_k-1進行狀態校正，計算卡爾曼增益矩陣K_k，更新狀態預測x_k；其中。通過改進型GSO算法(IGSO)，經過多次迭代得到濾波器最佳協方差矩陣Q、R的取值，使其對應的ISE達到符合速度估計的精度要求，進而實現對轉速的估計。

一種基于IGSO優化EKF的無傳感器永磁同步電機速度估計方法，步驟如下：

(1)根據永磁同步電機中的同步旋轉坐標系下電流方程的數學模型，推導出dp坐標系為永磁同步電機中的同步旋轉坐標系，則電機在此旋轉坐標系下的數學模型為：

定子電壓方程為：