[發明專利]一種永磁同步電機無速度傳感器控制方法和系統

有效

• 申請號: 201910261100.2
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN110176889B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 徐偉;王磊;劉毅;佃仁俊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/20
• 分類號: H02P21/20;H02P21/13
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種永磁同步電機無速度傳感器控制方法和系統，包括：構建用于獲取電機負載轉矩的負載轉矩觀測器和用于獲取電機轉速的轉速觀測器；根據所述負載轉矩觀測器、所述轉速觀測器以及構建的可調模型獲得電機開環控制系統的截止頻率和相位裕度；對所述負載轉矩觀測器進行參數整定，使所述截止頻率和相位裕度滿足設定要求；利用經過參數整定的負載轉矩觀測器獲取負載轉矩，并將獲得的負載轉矩輸入所述轉速觀測器獲得電機轉速；利用獲得的負載轉矩和電機轉速實現電機雙閉環控制。本發明的無速度傳感器控制方法利用電機機械模型，構建新的自適應率，不僅能夠觀測電機轉速，還能觀測負載轉矩，簡化了電機結構，降低了使用成本。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機無速度傳感器技術領域，更具體地，涉及一種永磁同步電機無速度傳感器控制方法和系統。

背景技術

永磁同步電機因其功率密度高、效率高、可靠性高、控制簡單等優點被廣泛應用于生產與生活中。在永磁同步電機磁場定向控制中，轉速以及轉子位置信息是必不可少的。然而，機械式傳感器的安裝會增加系統硬件的復雜性和成本，并且編碼器的安裝會增大電機軸向的長度。因此，實現永磁同步電機無速度傳感器控制具有較高的實際應用價值，同時獲得了國內外學者的大量關注。

永磁同步電機無速度傳感器控制方法主要分為以下幾種算法：直接計算法、磁鏈觀測器、擴展反電動勢法、模型參考自適應法、滑模觀測器法、高頻諧波注入法等。模型參考自適應法其原理是通過比較可調模型與參考模型的輸出，并通過一定的自適應律調整可調模型中的待辨識參數使兩個模型的輸出達到一致。目前，常用的自適應率是通過Popov超穩定性理論設計的。然而，這種方法設計出的模型參考自適應算法只能觀測電機的轉速，而在電動汽車等應用領域中，上報至上位機的報文中需要提供轉子位置以及電機負載轉矩等信息，如果使用傳統的模型參考自適應算法，只能夠觀測單一物理量(即轉子位置)，因此為了能夠同時對轉子位置以及電機負載轉矩進行同時觀測，需要構建新的自適應率來對模型參考自適應算法進行改進。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種永磁同步電機無速度傳感器控制方法和系統，旨在解決傳統的模型參考自適應算法只能觀測轉子速度，無法觀測電機負載轉矩的問題。

為實現上述目的，本發明一方面提供了一種永磁同步電機無速度傳感器控制方法，包括：

(1)構建用于獲取電機負載轉矩的負載轉矩觀測器和用于獲取電機轉速的轉速觀測器；

(2)根據所述負載轉矩觀測器、所述轉速觀測器以及構建的可調模型獲得電機開環控制系統的截止頻率和相位裕度；

(3)判斷所述截止頻率和相位裕度是否滿足設定要求，若是，則執行步驟(4)；若否，則對所述負載轉矩觀測器的控制參數進行整定，并返回執行步驟(2)；

(4)利用經過參數整定的負載轉矩觀測器獲取負載轉矩，并根據獲取的負載轉矩和所述轉速觀測器獲取電機轉速；

(5)利用獲取的負載轉矩和電機轉速實現電機雙閉環控制。

進一步地，所述步驟(1)具體包括：

根據電機機械模型得到結合負載轉矩穩定性條件pT_L＝0，得到狀態變量方程：

根據所述狀態變量方程，得到負載轉矩觀測器的輸入與輸出關系為：

轉速觀測器的輸入與輸出關系為：