[發(fā)明專利]基于權(quán)重控制永磁同步電機(jī)無速度傳感器的轉(zhuǎn)速估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810236879.8
• 申請(qǐng)日: 2018-03-21
• 公開（公告）號(hào): CN108599655B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶鵬;夏安俊;梅雪竹;柯棟梁;汪鳳翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 泉州裝備制造研究所
• 主分類號(hào): H02P21/18
• 分類號(hào): H02P21/18
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳云川

1.一種基于權(quán)重控制永磁同步電機(jī)無速度傳感器的轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，其特征在于：i_abc是從永磁同步電機(jī)PMSM采樣的三相電流，通過三相-兩相的Clarke變換和靜止-旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的Park變換，變成了i_d和i_q兩相電流測(cè)量值；同時(shí)在經(jīng)過了三相-兩相變換之后的電流i_α和i_β作為輸入端將電流信號(hào)發(fā)送給滑模觀測(cè)器；該滑模觀測(cè)器通過滑模計(jì)算得到反電動(dòng)勢(shì)的估測(cè)值e_α和e_β后傳給速度估算器,該速度估算器將反電動(dòng)勢(shì)變?yōu)殡娊嵌圈群退俣圈兀⑺俣圈嘏c預(yù)置速度ω^*比較，其差值經(jīng)過PI控制器的調(diào)節(jié)后，變成了i_q的估測(cè)值，與i_q的測(cè)量值比較，經(jīng)過PI控制器的調(diào)節(jié)后變成了u_q，另一路，設(shè)定i_d＝0，與實(shí)際的i_d測(cè)量值比較，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后變成了u_d，u_q和u_d經(jīng)過一個(gè)反Park變換，變成了u_α和u_β,輸入給滑模觀測(cè)器的同時(shí)，也輸入至空間矢量PWM調(diào)制模塊,信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后，變成六路開關(guān)信號(hào)給逆變器，逆變器產(chǎn)生高壓和大電流以驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)工作；

滑模觀測(cè)器給出反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，并通過擴(kuò)展卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波，得到在靜止兩相坐標(biāo)系下的反電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)速信號(hào)的大小由式(1)得到：

其中，是估算的轉(zhuǎn)速，Ψ_f是電機(jī)的磁鏈，即磁場(chǎng)的大小；

建立轉(zhuǎn)速方向評(píng)價(jià)方程，該方程由慣性、目標(biāo)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩三項(xiàng)組成，由式(2)表示：

其中，是n時(shí)刻轉(zhuǎn)速的方向，是n-1時(shí)刻估計(jì) 的轉(zhuǎn)速，代表慣性，sgn(ω^*)是目標(biāo)轉(zhuǎn)速的方向，是轉(zhuǎn)矩引發(fā)的轉(zhuǎn)速方向改變因素，k₁和k₂是目標(biāo)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩因素的權(quán)重，慣性權(quán)重默認(rèn)為1，轉(zhuǎn)矩因素由式(3)表示如下：

其中，Δt是控制周期，J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T_e是電磁轉(zhuǎn)矩，T_l是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是n-1時(shí)刻估計(jì)的速度值，由該式(3)可以得出轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的影響大小，具體步驟如下：

步驟1、得到反電動(dòng)勢(shì)

從永磁同步電機(jī)PMSM采樣三相電流i_abc，經(jīng)過三相-兩相變換之后，得到電流i_α和i_β作為輸入端發(fā)送給滑模觀測(cè)器；該滑模觀測(cè)器通過滑模計(jì)算得到反電動(dòng)勢(shì)的估測(cè)值e_α和e_β，式(4)是永磁同步電機(jī)PMSM的模型：

其中，u_α和u_β是靜止的αβ坐標(biāo)系下，α軸和β軸的電壓，電流測(cè)量值i_α、i_β和反電動(dòng)勢(shì)估測(cè)值e_α、e_β亦相同，R_S是定子電阻、L_S是電感；

其中，反電動(dòng)勢(shì)估測(cè)值e_α和e_β的表達(dá)式為：

其中，θ是估測(cè)的轉(zhuǎn)角，Ψ_f是永磁體的磁鏈，是估測(cè)的轉(zhuǎn)速；

滑模觀測(cè)器的形式如下：

其中，和分別是α和β軸的估測(cè)電流值；

將(4)和(6)合并：

其中，應(yīng)用李雅普諾夫穩(wěn)定性原理判據(jù)，可得：

其中，K是正的常數(shù)；

步驟2、得到了反電動(dòng)勢(shì)后，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器平滑波形，得到經(jīng)過優(yōu)化后的反電動(dòng)勢(shì)和

擴(kuò)展卡爾曼濾波器由式(9)表達(dá)如下：

其中，e_α和e_β是優(yōu)化前反電動(dòng)勢(shì)的估測(cè)值，和是經(jīng)卡爾曼濾波后的反電動(dòng)勢(shì)估測(cè)值，l₂是一個(gè)正的常數(shù)，是估測(cè)的轉(zhuǎn)速；

步驟3、依據(jù)優(yōu)化后的反電動(dòng)勢(shì)和進(jìn)行轉(zhuǎn)速估計(jì)

將轉(zhuǎn)速ω分解為大小和方向兩部分：

其中，轉(zhuǎn)速的大小可寫為：

其中，是估算的轉(zhuǎn)速，Ψ_f是電機(jī)磁場(chǎng)的大小；

轉(zhuǎn)速的方向從式(12)可得到：

其中，為將速度離散化后第n次的轉(zhuǎn)速方向估計(jì)值，為慣性項(xiàng)，此處用上一步的轉(zhuǎn)速來表征慣性，k₁·sgn(ω^*)為目標(biāo)轉(zhuǎn)速項(xiàng)，為設(shè)定的轉(zhuǎn)速的符號(hào)，K₁是其權(quán)重，是轉(zhuǎn)矩項(xiàng)，K₂是其權(quán)重，轉(zhuǎn)矩項(xiàng)可以寫成：

其中，Δt是控制周期，J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T_e是電磁轉(zhuǎn)矩，T_l是負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是n-1時(shí)刻估計(jì)的速度值，由該式可以得出轉(zhuǎn)矩對(duì)轉(zhuǎn)速的影響大小。