[發(fā)明專利]永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010803233.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111987959A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂德剛;佟泉誼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/24
• 分類號(hào): H02P21/24;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/00;H02P25/022
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務(wù)所 23118
• 代理人: 陳曉光

1.一種永磁同步電機(jī)無(wú)傳感器控制方法，其特征是：該方法包括如下步驟：

步驟1、建立表貼式永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，即永磁同步電機(jī)基于靜止坐標(biāo)系(α-β坐標(biāo)系)的電機(jī)模型；

(1)

(2)

其中，ψ=[ψ_α, ψ_β]^T為靜止坐標(biāo)系下的定子磁鏈，ψ_m為永磁體磁鏈常數(shù)，L_S為定子繞組電感,i_ab=[i_α, i_β]T和為靜止坐標(biāo)系下的定子電流，u_ab=[u_α,u_β]^T為靜止坐標(biāo)系下的定子電壓，R為定子線圈繞組電阻，θ為轉(zhuǎn)子位置；

步驟2、為了獲得轉(zhuǎn)子位置信息，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)子磁鏈的數(shù)學(xué)模型；

綜合上面兩個(gè)公式可以得出轉(zhuǎn)子磁鏈的公式為

(3)

其中Φ=[Φ_α,Φ_β]^T，由于ψ=[ψ_α, ψ_β]^T較難測(cè)量，而對(duì)其進(jìn)行微分變可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣?2)右端容易獲得的基于靜止坐標(biāo)系下的電壓和電流；于是對(duì)等式兩邊微分可得

(4)

為了從上述公式中估計(jì)出轉(zhuǎn)子位置信息θ，只要得到了轉(zhuǎn)子磁鏈Φ=[Φ_α,Φ_β]^T，便可從下述公式中獲取轉(zhuǎn)子位置信息θ

(5)

步驟3、在步驟2的基礎(chǔ)之上引入零初始量，轉(zhuǎn)子磁鏈構(gòu)建觀測(cè)器；

建立一個(gè)帶有零初始量的參考模型

(6)

其中φ=[φ_α,φ_β]^T,注意Φ和φ具有相同的結(jié)構(gòu)，但是初始條件不同；為了方便標(biāo)記，在這里引入了ξ≡ψ(0)-Li(0),可以得出

(7)

步驟4、構(gòu)建初始參數(shù)估計(jì)觀測(cè)器；

根據(jù)公式(7)可以得出代數(shù)關(guān)系||φ+ξ||²=||Φ||²，根據(jù)公式(3)可以得出代數(shù)關(guān)系||Φ||²=ψ_m²，根據(jù)這兩個(gè)公式可以推得

(8)

將濾波器as/(s+a)加載公式兩端，得到

(9)

(10)

(11)

||φ||²-ψ_m²是一個(gè)常數(shù)，公式(9)中的誤差部分作出如下推導(dǎo)

(12)

公式(9)中的Y(φ)與A(φ)都可以通過(guò)計(jì)算φ來(lái)獲得，于是公式(9)可以視為具有未知參數(shù)ξ的線性方程；

將誤差(Y(φ)-A(φ)^Tξ)²最小化，可得

(13)

其中K為增益矩陣；根據(jù)公式(13)的關(guān)系，可以構(gòu)建初始參數(shù)觀測(cè)器，根據(jù)公式(7)將轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器和初始參數(shù)估計(jì)觀測(cè)器組合起來(lái)，便可以獲取轉(zhuǎn)子位置信息；

步驟5、構(gòu)建帶有鎖相環(huán)的轉(zhuǎn)速觀測(cè)器；

基于反正切的函數(shù)估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置在 -π到π之間有一個(gè)跳變，為了消除此跳變所帶來(lái)的誤差，在轉(zhuǎn)速估計(jì)部分引入鎖相環(huán)，構(gòu)建轉(zhuǎn)速觀測(cè)器，使用使用三角函數(shù)差來(lái)替代角度差，如公式(14)所示:

(14)

對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行微分便可得到轉(zhuǎn)速，如公式(15)

(15)

其中ω為電機(jī)轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速觀測(cè)器，閉環(huán)傳遞函數(shù)可以表示為

(16)

其中ω_n為自然振蕩頻率，ζ為阻尼系數(shù)，鎖相環(huán)的PI系數(shù)可由以下公式獲得；

(17)

其中kp，ki為鎖相環(huán)的PI系數(shù)；

步驟6、構(gòu)建id控制器，消除轉(zhuǎn)子位置誤差；

當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置與估計(jì)轉(zhuǎn)子位置之間的誤差用?θ來(lái)表示；

(18)

為了消除轉(zhuǎn)子位置誤差，在定義id控制器時(shí)，采用了id注入的方式，定義I_dr和I_qr為d軸和q軸實(shí)際轉(zhuǎn)速同步參考電流，

(19)

(20)

將上述步驟中的結(jié)構(gòu)加入系統(tǒng)之中，將電機(jī)中測(cè)得的電壓電流信號(hào)傳入轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，通過(guò)對(duì)初值的補(bǔ)償?shù)玫睫D(zhuǎn)子位置信息的觀測(cè)值，將所得的觀測(cè)值送入轉(zhuǎn)速觀測(cè)器，得到的轉(zhuǎn)子速度信息給入id控制器中，構(gòu)成速度閉環(huán)，內(nèi)環(huán)采用了pi電流閉環(huán)，再將內(nèi)環(huán)處理過(guò)的信號(hào)以SVPWM的方式送入逆變橋。