[發明專利]永磁同步電機的混合位置觀測器及無位置傳感器伺服系統

有效

• 申請號: 201811209489.8
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109302111B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 劉錦波
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/18;H02P21/28;H02P27/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種永磁同步電機的混合位置觀測器，其特征是，所述混合位置觀測器包括高頻解調模塊、轉子位置跟蹤觀測器、定子磁鏈觀測器和加權模塊；

所述高頻解調模塊，用于將實際電流i_d和i_q信號進行處理及解調，得到基波反饋電流i_df、i_qf以及用于轉子位置估計的電流偏差將基波反饋電流i_df、i_qf分別輸入到定子磁鏈觀測器，將電流偏差輸入到轉子位置跟蹤觀測器；

所述定子磁鏈觀測器，用于根據接收到的基波反饋電流i_df、i_qf，計算得到定子磁鏈觀測器的角速度加權律輸入至轉子位置跟蹤觀測器和加權模塊；

所述轉子位置跟蹤觀測器，用于根據接收到的電流偏差計算得到轉子位置跟蹤觀測器的角速度加權律輸入至加權模塊；

所述加權模塊，用于對角速度加權律進行加權處理，得到轉子轉速的反饋值對轉子轉速的反饋值進行積分得到轉子位置角

所述轉子位置跟蹤觀測器的閉環傳遞函數為：

其中，為轉子位置角的估計偏差；θ_r(s)為轉子位置角的偏差；m為定子電感在一個電周期內的交變次數；K為系數；ω_nd為閉環截止頻率；b₀、b₁、b₂為轉子位置跟蹤觀測器的系數，如下所示：

其中，ω_nd為閉環截止頻率。

2.根據權利要求1所述的永磁同步電機的混合位置觀測器，其特征是，所述定子磁鏈觀測器的設計方法為：

PMSM的基波數學模型為：

其中，為相電壓，為相電流；ω_r為轉子電角速度；D為微分算子，D＝d/dt；R_s為定子相電阻；L_dq為定子電感陣；為定子磁鏈；為轉子永磁體的磁鏈矢量；

根據PMSM的基波數學模型，得到在估計同步坐標系軸上的定子磁鏈觀測器模型為：

其中，分別為轉子估計坐標系上的定子電壓和定子電流的測量值；λ_dq為觀測器增益矩陣；定子磁鏈觀測器的速度自適應律為：

式中，

轉子角度的估計值為：

式中，為定子磁鏈觀測器初始轉子位置角。

3.根據權利要求1所述的永磁同步電機的混合位置觀測器，其特征是，所述高頻解調模塊得到基波反饋電流和電流偏差的方法為：

假定在連續兩個PWM周期內，定子電阻壓降不變以及由逆變器非線性等因素所造成的電壓差保持不變，則在(k-2)與(k-1)時刻的電流偏差為：

在(k-1)與(k)時刻的電流偏差為

將(k-2)與(k-1)時刻的電流偏差減去(k-1)與(k)時刻的電流偏差，得到電流偏差的差值，為

式中，m＝2為定子電感在一個電周期內的交變次數，u_inj為所注入的高頻方波電壓；L₀為轉子dq軸同步坐標系下的平均電感；L₁為轉子dq軸同步坐標系下的差分電感；為轉子位置角的估計偏差；T_update為控制周期；

K的表達式為

采用PWM載波谷點處的采樣值，計算基波反饋電流為：

式中，為在軸坐標系下的電流矢量的差值；為k-1時刻在軸坐標系下的電流矢量。