[發明專利]一種基于改進卡爾曼濾波器的永磁同步電機死區補償方法

有效

• 申請號: 202210095890.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114257150B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 張燕;周皓;黃克榮;王健崗
• 申請（專利權）人: 合肥倍豪海洋裝備技術有限公司;上海倍豪船舶科技有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P27/08;H02P21/00;H03H17/02
• 代理公司: 合肥正則元起專利代理事務所(普通合伙) 34160
• 代理人: 劉念

1.一種基于改進卡爾曼濾波器的永磁同步電機死區補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：計算平均誤差電壓理論值；

步驟2：計算基于改進卡爾曼濾波器的補償電壓；

步驟3：計算電流矢量扇區和補償電壓矢量；

計算平均誤差電壓理論值的過程包括以下步驟：

步驟11：計算等效死區時間；由設定的開關器件開通與關斷時刻之間的死區時間t_d，結合驅動器參數——開關器件開通延遲時間t_on、關斷延遲時間t_off，計算理想輸出電壓和實際輸出電壓之間的等效死區時間t_err：

t_err＝t_d+t_on-t_off

步驟12：計算平均誤差電壓理論值，實際輸出相電壓與理想輸出相電壓在一個周期內的平均誤差電壓理論值可表示為：

其中，u_dc為直流母線電壓，T為PWM開關周期；

計算基于改進卡爾曼濾波器的補償電壓包括以下步驟：

步驟21：建立數學模型；設電機系統中，u_α為輸入至SVPWM的α軸給定電壓，u_β為輸入至SVPWM的β軸給定電壓，R_s為定子電阻，L為定子電感，i_α為電機α軸電流，i_β為β軸電流，ψ_f為永磁磁鏈，ω_e為電轉速，θ_e為電角度，u_err為平均誤差電壓，為平均誤差電壓理論值，T_s為系統采樣時間；離散化后的改進卡爾曼濾波器數學模型為：

x(k+1)＝(T_sA+I)x(k)+T_sBu(k)+T_sV(k)

y(k+1)＝Cx(k+1)+W(k+1)

其中，

x＝[i_α i_β u_err]^T，

u＝[u_α u_β ω_e]^T，

V和W分別為系統噪聲矩陣和測量噪聲矩陣，在卡爾曼濾波器的遞推算法中，不直接使用噪聲矩陣V和W，而是使用V的協方差矩陣Q和W的協方差矩陣R，它們的數學關系為；

Cov(V)＝E(VV^T)＝Q

Cov(W)＝E(WW^T)＝R

步驟22：參數初始化；狀態變量x中，平均誤差電壓u_err初始化為參考值α軸電流i_α和β軸電流i_β初始化為0；狀態誤差協方差矩陣P初始化為零矩陣，系統噪聲協方差矩陣Q和測量噪聲協方差矩陣R通過實驗確定；

步驟23：計算平均誤差電壓；使用卡爾曼濾波器對平均誤差電壓u_err進行最優估計；預測狀態變量和狀態誤差協方差矩陣，其中，～表示狀態預測值，^表示狀態估計值；得到平均誤差電壓預測值；

得到狀態變量的預測值和狀態誤差協方差矩陣的預測值后，計算卡爾曼濾波器增益，并用卡爾曼濾波器增益校正狀態估計值得到最優狀態估計值更新狀態誤差協方差矩陣；得到即得到平均誤差電壓u_err的最優估計值；

計算卡爾曼濾波器增益：

校正狀態估計值：

更新狀態誤差協方差矩陣：

計算電流矢量扇區和補償電壓矢量包括以下步驟：

步驟31：計算電流矢量角；在采用矢量控制的電機系統中，電流矢量角θ_i可由電角度θ_e計算；

步驟32：計算補償電壓矢量，在兩相靜止軸系中，根據電流矢量角θ_i，可將兩相靜止電流軸系平面分為6個扇區，每個扇區對應一個補償電壓矢量；

若且則u_β-err＝0；

若且則

若且則

若且則u_β-err＝0；

若且則

若且則

由電流矢量角θ_i的值域得到補償電壓矢量后，與矢量控制環節電壓指令疊加后得到當前第k步的電壓控制指令u_α、u_β，完成當前第k步的控制任務；

在控制系統初始化階段按照步驟1、步驟2、步驟3的順序執行，完成初始補償電壓矢量的計算并獲得當前控制周期的電壓控制指令，在下一個控制周期，即第(k+1)步控制周期，返回步驟2、步驟3重新計算新時刻的補償電壓矢量，更新控制電壓。