[發明專利]一種基于加權滑動均值濾波器的PMSM無位置傳感器控制方法

在審

• 申請號: 202110099111.2
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112910330A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 樊英;余軻;陳俊磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P21/18;H02P21/12;H02P25/022;H02P27/08
• 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: 張明利

本發明公開了一種基于加權滑動均值濾波器的PMSM無位置傳感器控制方法，屬于永磁同步電機技術領域，該方法根據采樣得到的永磁同步電機(PMSM)各相電流和電壓信息，經滑模觀測器估計出擴展反電動勢，再使用加權滑動均值濾波器進行諧波濾除，并結合歸一化后的正交鎖相環對永磁同步電機轉子位置和轉速進行估算，最終實現對永磁同步電機的無位置傳感器控制，本發明通過直接設定加權滑動均值濾波器的階數，可實現對擴展反電動勢中諧波的有效濾除，同時可替代傳統控制算法中的低通濾波器，避免因低通濾波器的相位延時而造成估計轉子位置誤差大的問題，從而提高轉子位置估測精度。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機技術領域，尤其涉及一種基于加權滑動均值濾波器的PMSM無位置傳感器控制方法。

背景技術

PMSM即永磁同步電機，由于其結構簡單，擁有高可靠性、高功率密度、高轉矩密度以及優異的調速性能等優點，廣泛應用于航空航天、數控機床、電動汽車等領域中。高性能的永磁同步電機驅動系統要求實時準確地獲取轉子位置信息，目前采用的機械式位置傳感器(如旋轉變壓器、霍爾元件、編碼器等)環境適應性差，會增加電機驅動系統的體積和成本，降低了系統的可靠性。因此，低成本、高精度、高可靠性的永磁同步電機無位置傳感器控制技術成為了國內外研究的熱點。

現階段永磁同步電機無位置傳感器控制方法常采用滑模觀測器法，滑模觀測器方法通過變結構控制實現位置誤差信號收斂，對參數變化具有較強的魯棒性，且算法容易實現。但傳統的滑模觀測器法常采用低通濾波器濾除估測得反電動勢中的諧波和噪聲，從而不可避免造成相位時延，影響轉子位置角度估測精度。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種基于加權滑動均值濾波器的PMSM無位置傳感器控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：一種基于加權滑動均值濾波器的PMSM無位置傳感器控制方法，包括以下步驟：

(1)測出永磁同步電機的三相定子電流和電壓，將測得的三相定子電流和電壓經靜止坐標變換(Clark變換)得到兩相靜止交流坐標下的電流i_α和i_β以及電壓u_α和u_β；

(2)利用步驟(1)中所述的i_α、i_β、u_α和u_β，經滑模觀測器得到估測的擴展反電動勢和

(3)將步驟(2)的擴展反電動勢和通過N階的加權滑動均值濾波器(WMAF)進行濾波處理，濾除高頻諧波分量，得到濾波后的擴展反電動勢和

(4)先將步驟(3)處理后的擴展反電動勢和進行歸一化處理，將和分別除以處理后再通過正交鎖相環來提取轉子的位置和轉速信息；

(5)將步驟(4)得到的轉子位置和轉速信息反饋回永磁同步電機的矢量控制系統中，形成轉速和角度的閉環，從而實現無位置傳感器控制。

進一步地，所述步驟(2)中，滑模觀測器采用歐拉Euler前向差分的離散模型，便于控制算法在數字處理器(DSP)上的實現；

滑模觀測器選擇飽和saturation函數作為滑模變結構以抑制系統的抖振。

進一步地，所述步驟(3)中，加權滑動均值濾波器的階數N在理論上的取值范圍為{N∈[1+∞]|且N為整數}

進一步地，所述步驟(5)中，鎖相環估測得到的轉子位置角度用于矢量控制中的坐標變換，鎖相環估測得到的轉速作為矢量控制中轉速環的反饋輸入。

有益效果：

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、避免了傳統技術中因低通濾波器的使用而造成的相位時延和估測角度誤差偏大的問題，提高了無位置傳感器控制精度；