[發明專利]一種永磁同步電機速度辨識方法

有效

• 申請號: 202010900332.0
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112087175B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 付興賀;徐彧田;何航;付相達
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/24;H02P25/022;H02P25/026;H02P6/08;H02P6/18;H02P27/12
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 王依

1.一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，在電機定子繞組側建立虛擬旋轉的dq軸坐標系，電機在線運行時，在虛擬旋轉dq軸坐標系的d軸上注入電壓信號u_i，如下式所示：

u_i＝U_icos(ω_it)

其中，U_i為注入電壓信號的幅值，ω_i為注入電壓信號的頻率；電機在線運行時，在此注入電壓信號u_i的作用下電機產生振動；

所述虛擬旋轉的dq軸坐標系的初始位置與電機繞組側A相繞組軸線重合，其旋轉角速度為ω_v，ω_v的值大于電機的額定角速度ω_re，且ω_v取ω_re的3倍以上；

步驟2，通過安裝在電機表面的振動傳感器，檢測電機在線運行時由注入電壓信號產生的電機表面的振動信號V_s，并利用帶通濾波器對振動信號進行濾波處理，濾除與注入電壓不同頻的振動信號分量V_d，保持與注入電壓信號同頻的振動信號分量V_i，V_i具體表示為：

V_i＝V_mcos(ω_it)sin(ω_vt-ω_rt)

其中，V_m為電機在注入信號下產生的振動信號的振幅，ω_r為電機在線運行時的角速度；

步驟3，將與注入電壓同頻的振動信號V_i乘以cos(ω_it)，然后利用低通濾波器將結果中含有cos(2ω_it)項的高頻信號分量濾除，留下含轉速信息的信號分量V_speed；

步驟4，利用轉速觀測器來從含有轉速信息的信號分量V_speed中獲取轉速值和轉子位置。

2.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，所述步驟1中電機產生的振動由注入電壓信號u_i產生的電磁轉矩T_i產生，

其中，K_m為與定子線圈分布相關的比例系數，N為電樞繞組匝數，F^s永磁體產生的磁動勢，R_s為虛擬旋轉dq坐標系的虛擬d軸電阻，其值等于電樞繞組的相電阻，為ω_vt-ω_rt角度下虛擬旋轉dq坐標系的虛擬d電感。

3.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，所述步驟2中帶通濾波器的傳遞函數為：

其中G_b為濾波器的通帶增益，ω_b為帶通濾波器的中心頻率，ξ為濾波器的阻尼系數。

4.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，所述步驟3中將與注入電壓信號同頻的振動信號V_i乘以cos(ω_it)得：

含有cos(2ω_it)項的高頻信號分量為：

含轉速信息的信號分量V_speed為：

5.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，所述步驟3中低通濾波器的傳遞函數為：

其中，G_lp為濾波器的通帶增益，ω_lp為低通濾波器的截止頻率。

6.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，所述步驟4中的轉速觀測器共包含2個部分：轉子位置單閉環估計模塊，基于電機運動模型的速度估計模塊。

7.根據權利要求6所述的一種永磁同步電機速度辨識方法，其特征在于，所述步驟4中利用轉速觀測器來從含有轉速信息的信號分量V_speed中獲取轉速值和轉子位置包括以下步驟：

步驟4.1，將轉子位置單閉環估計模塊的輸出θ′_r作正弦運算，得sin(θ′_r)，然后將sin(θ′_r)作為轉子位置單閉環估計模塊的反饋信號，與含轉速信息的信號分量V_speed作相減運算后，作為轉子位置單閉環估計模塊的輸入，輸入信號經比例-積分控制器運算后作為轉子位置估計值θ′_r輸出；

步驟4.2，轉子位置單閉環估計模塊輸出的轉子位置估計值θ′_r作為基于電機運動模型的速度估計模塊的輸入，轉速估計模塊對輸入信號進行求導運算后作為轉子角速度估計值ω′_r輸出，即：