[發明專利]一種永磁同步電機反電動勢諧波擾動抑制的方法、系統及介質

在審

• 申請號: 202211634322.2
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN116054656A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 吳軒;王超;吳婷;余旭;黃守道;黃曉輝;呂銘晟
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P21/05;H02P25/022;H02P29/50
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種永磁同步電機反電動勢諧波擾動抑制的方法、系統及介質，本發明永磁同步電機反電動勢諧波擾動抑制的方法包括基于永磁同步電機的工作電壓和電流采用滑模算法來獲取反電動勢的估計值，其中滑模算法采用預設的滑模切換函數以減小反電動勢估計的高頻抖振；對反電動勢的估計值進行濾波以獲取反電動勢的基波分量；基于反電動勢的基波分量通過鎖相環進行轉子位置角和速度的估計。本發明旨在抑制反電動勢估計的諧波干擾，提高轉子位置角和速度的估計精度，且不依賴特定的轉子位置估計方法，可與現有轉子位置估計方法相互配合。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，具體涉及一種永磁同步電機反電動勢諧波擾動抑制的方法、系統及介質。

背景技術

永磁同步電機具有高功率密度、高效率、轉矩響應快、體積小等優點，再加上永磁材料、高性能處理器和功率電子元器件的發展，高速永磁同步電機被廣泛的應用于工業設備制造、航天航空、汽車以及加工制造等行業。在永磁同步電機的控制系統中，轉子位置角和速度的獲取是必不可少的，安裝傳統的機械傳感器會帶來很大的弊端，甚至一些特殊場合不允許安裝機械傳感器。因此，通過采樣電機工作時的電信號(如電壓、電流)經過特定數學模型就可以估計出轉子的位置和速度信息，這種方法統稱為永磁同步電機無位置傳感器技術。

在基于永磁同步電機模型的位置估計方法中，由于滑模算法簡單、對干擾魯棒性以及動態響應快，常用于估計永磁同步電機的反電動勢，進而通過鎖相環從反電動勢中提取轉子位置角和速度信息。但是由于逆變器的非線性和空間磁場諧波的干擾，滑模估計的反電動勢中除了基波以外，還含有較大的5次、7次諧波成分，進而會在所估計的轉子位置當中引入6次諧波脈動。位置估計的6次脈動會使電機控制的磁場解耦不準確、增加電機額外的能量損耗，惡化了無位置傳感器控制的性能。由于估計的轉子位置諧波誤差的直接來源是反電動勢的諧波干擾，所以有必要對反電動勢進行濾波處理。常用的反電動勢濾波方法為多層帶通濾波器，例如多層廣義二階積分器、多層比例諧振濾波器等。這類方法采用多層并聯結構，每層參數之間相互影響，調參較為困難，而且不易于離散化處理。還有文獻提出了基于自適應學習機制的濾波結構，但是在一定程度上增加了計算復雜度。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種永磁同步電機反電動勢諧波擾動抑制的方法、系統及介質，本發明旨在抑制反電動勢的諧波干擾，提高轉子位置角和速度的估計精度，且不依賴特定的轉子位置估計方法，可與現有轉子位置估計方法相配合。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種永磁同步電機反電動勢諧波擾動抑制的方法，包括：

S101，基于永磁同步電機的工作電壓和電流采用滑模算法來獲取反電動勢的估計值，其中滑模算法采用預設的滑模切換函數以減小反電動勢估計的高頻抖振；

S102，對反電動勢的估計值進行濾波以獲取反電動勢的基波分量；

S103，基于反電動勢的基波分量通過鎖相環進行轉子位置角和速度的估計。

可選地，步驟S101包括：

S201，將通過電流傳感器采樣獲取永磁同步電機的三相電流經過坐標變換得到靜止兩相坐標系下的兩相電流；

S202，將靜止兩相坐標系下的兩相電流和電壓作為輸入量，基于反電動勢方程構建滑模觀測器并選取預設的滑模切換函數，選取的滑模面S為靜止兩相坐標系下的兩相電流及其觀測值之間的差值，當滑模收斂時得到靜止兩相坐標系下反電動勢的估計值。

可選地，所述預設的滑模切換函數為雙曲正切函數。

可選地，步驟S202中反電動勢方程的函數表達式為：