[發(fā)明專利]一種電機(jī)全速范圍無位置傳感器交互多模型控制方法

有效

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• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112152522B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦雅;杜仁慧;陳威
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶集團(tuán)有限公司第七二四研究所
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/34
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本發(fā)明涉及一種電機(jī)全速范圍無位置傳感器交互多模型控制方法，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。本方法通過建立電機(jī)的低速模型以及中高速模型，來逼近電機(jī)實際模型；再通過構(gòu)建電機(jī)低速及中高速系統(tǒng)模型濾波器，對電機(jī)狀態(tài)量進(jìn)行估計；然后對離散化后的模型構(gòu)建交互多模型控制方法，采用多個子濾波器并行的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對電機(jī)的控制。本方法較好地解決了電機(jī)建模不準(zhǔn)確或時變問題，從而使電機(jī)模型的可靠性和抗干擾性顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)因其高功率密度，高效率，易于控制等特點，受到廣泛應(yīng)用。如今，永磁電機(jī)的矢量控制技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得十分成熟。傳統(tǒng)的高性能永磁同步電機(jī)的矢量控制通常需要位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子的位置信號，位置傳感器主要有霍爾傳感器、光電編碼器與旋轉(zhuǎn)變壓器等。雖然這些傳感器均可以為電機(jī)系統(tǒng)提供位置信號，但是位置傳感器會增加系統(tǒng)的成本，同時位置傳感器的安裝會影響電機(jī)控制系統(tǒng)的精度，而且位置傳感器屬于精密的電子元件，其所處環(huán)境的溫度、濕度和振動均會對位置傳感器造成很大的影響，這樣就造成了電機(jī)系統(tǒng)的可靠性降低。因此，在一些低成本以及對空間要求較高的場合，可以采用無位置傳感器控制方法。

永磁同步電機(jī)無位置控制方法通常利用電機(jī)的運動關(guān)系、電磁關(guān)系等直接解算或者觀測器來得出電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，因此需要對電機(jī)進(jìn)行建模。電機(jī)中高速運行時，摩擦對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響較小，可忽略。而在電機(jī)低速運行時，摩擦與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的非線性關(guān)系較強(qiáng)，對系統(tǒng)動態(tài)及靜態(tài)性能的影響很大，為了克服摩擦力帶來的不利影響，則需要能夠準(zhǔn)確、快速地建立系統(tǒng)的低速模型。將低速模型控制方法與中高速模型控制方法相結(jié)合是目前實現(xiàn)電機(jī)在全速范圍內(nèi)控制常用的方法，但此方法在不同算法之間切換時易發(fā)生震蕩。全速域低速與中高速的切換算法主要有滯環(huán)切換。滯環(huán)算法的原理為確定切換區(qū)間的上限與下限，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于下限時，采用低速控制方法，當(dāng)轉(zhuǎn)速高于上限時，采用中高速控制方法，對于上限與下限之間的范圍，保持原來的估算方法。但是該方法在兩種轉(zhuǎn)速切換時刻估計的誤差不同，因而切換時會給系統(tǒng)帶來較大的抖動，不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑切換。

交互多模型算法是一種通過建立多個模型來逼近實際模型的方法，其采用多個子濾波器并行的結(jié)構(gòu)，可較好地解決系統(tǒng)建模不準(zhǔn)確或時變問題，并且，交互多模型算法考慮了模型之間的轉(zhuǎn)移，有效地避免了模型直接切換時，濾波估計結(jié)果的跳變。

發(fā)明內(nèi)容

全速域低速與中高速的切換算法通常會給系統(tǒng)帶來較大的抖動，不能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑切換。本發(fā)明結(jié)合電機(jī)的低速模型以及中高速模型，提出來一種電機(jī)全速范圍無位置傳感器交互多模型控制方法，可以較好地解決電機(jī)建模不準(zhǔn)確或時變問題，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑切換，提高電機(jī)可靠性和抗干擾性。

本發(fā)明所述的電機(jī)無位置傳感器多模型控制方法，包括以下步驟：

步驟一：建立電機(jī)中高速系統(tǒng)模型，選取電機(jī)電流i、電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為狀態(tài)量，電流測量值為量測量，構(gòu)建電機(jī)中高速系統(tǒng)模型濾波器。

步驟二：考慮摩擦與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的非線性關(guān)系，建立電機(jī)低速系統(tǒng)模型，選取電機(jī)電流i、電機(jī)轉(zhuǎn)速ω為狀態(tài)量，電流測量值為量測量，構(gòu)建電機(jī)低速系統(tǒng)模型濾波器。

步驟三：對離散化后的模型構(gòu)建交互多模型控制方法，得出狀態(tài)估計值，實現(xiàn)電機(jī)的控制。

其中步驟三優(yōu)選下面實現(xiàn)過程：

1.輸入交互：輸入交互由k-1時刻的狀態(tài)估計值和模型之間相互轉(zhuǎn)移的概率共同決定，用于重新初始化濾波輸入；

2.根據(jù)各系統(tǒng)模型的特點，選擇合適的濾波器進(jìn)行濾波，獲得模型的狀態(tài)估計值并且在各個并行的子濾波器中，分別計算出濾波殘差以及方差進(jìn)而計算出對應(yīng)的似然函數(shù)。

3.根據(jù)貝葉斯假設(shè)檢驗原理，進(jìn)行模型概率更新；

4.對電機(jī)中高速系統(tǒng)模型濾波器和低速系統(tǒng)模型濾波器結(jié)果進(jìn)行概率加權(quán)融合，即為總體狀態(tài)估計值。