【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，具體是涉及一種永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法。
技術(shù)介紹
1、永磁同步電機(jī)具有功率密度高、運(yùn)行可靠、調(diào)速范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)高性能控制，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息不可或缺。然而，機(jī)械式位置傳感器會(huì)增加硬件成本，降低驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的可靠性，并增加系統(tǒng)體積，使應(yīng)用受到限制。反電動(dòng)勢(shì)法是一種有效的無(wú)位置傳感器控制方案。然而，該方法在瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)速度和位置角估計(jì)的性能較差。具有固定參數(shù)的反電動(dòng)勢(shì)觀測(cè)器往往無(wú)法在寬頻率范圍內(nèi)保持一致的估計(jì)精度，因此，研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且低總諧波失真的反電動(dòng)勢(shì)法，來(lái)提高寬速域無(wú)位置傳感器控制性能具有重要的實(shí)際意義。
2、為了實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)寬速域下的無(wú)位置傳感器控制，現(xiàn)有技術(shù)中，如申請(qǐng)?zhí)枮?023105661141的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)滑模趨近律的永磁同步電機(jī)調(diào)速控制方法，設(shè)計(jì)的指數(shù)型積分滑模面可有效減小積分飽和作用，而收斂時(shí)間有界的自適應(yīng)增益滑模趨近律能夠根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整趨近律增益的大小，有效地減小了系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)滑模面的時(shí)間和抖振。該方法雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但模型參數(shù)復(fù)雜，不易調(diào)整。又如申請(qǐng)?zhí)枮?013101408719的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種用于消除適用于中高速無(wú)位置傳感器永磁同步電機(jī)控制技術(shù)模型法中6次轉(zhuǎn)子脈動(dòng)誤差的基于最小均方算法的自適應(yīng)陷波濾波器信號(hào)處理裝置及方法，該方法通過(guò)模型法獲得等效反電動(dòng)勢(shì)信息,然后進(jìn)行基于最小均方算法的自適應(yīng)陷波濾波器調(diào)節(jié)。有效抑制轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)值6次脈動(dòng)誤差影響，提高了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角估計(jì)精度。然而，該方法會(huì)產(chǎn)生時(shí)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專(zhuān)利技術(shù)目的：針對(duì)以上缺點(diǎn)，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種兼顧瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置的估計(jì)性能，同時(shí)減少反電動(dòng)勢(shì)的高次諧波的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法。
2、技術(shù)方案：為解決上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)采用一種永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，包括以下步驟：
3、步驟1：建立永磁同步電機(jī)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到永磁同步電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)；
4、步驟2：采用自適應(yīng)矢量濾波器濾除擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到的反電動(dòng)勢(shì)中的高次諧波，得到永磁同步電機(jī)的估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)：
5、
6、其中，表示永磁同步電機(jī)α軸第k個(gè)瞬間濾除的估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)，表示永磁同步電機(jī)β軸第k個(gè)瞬間濾除的估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)，表示永磁同步電機(jī)α軸第k-1個(gè)瞬間濾除的反電動(dòng)勢(shì)，表示永磁同步電機(jī)β軸第k-1個(gè)瞬間濾除的反電動(dòng)勢(shì)，表示轉(zhuǎn)速觀測(cè)值，ts表示采樣頻率；
7、步驟3：將得到的估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)作為輸入，利用鎖相環(huán)位置觀測(cè)器解調(diào)估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)中包含的位置信息，得到永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置角；
8、步驟4：根據(jù)得到的轉(zhuǎn)速和位置角對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制。
9、進(jìn)一步的，所述步驟1中建立的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為：
10、
11、其中，ε1表示估計(jì)誤差，z1表示定子電流估計(jì)值，z2表示集總擾動(dòng)估計(jì)值，iαβ表示定子電流，b表示未知輸入增益，u0表示控制輸入，β1和β2為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的反饋增益；
12、利用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到永磁同步電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為：
13、
14、其中，ls表示定子電感。
15、進(jìn)一步的，所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的反饋增益參照帶寬法進(jìn)行選取為：
16、
17、其中，ω0為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的帶寬；
18、對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的帶寬進(jìn)行優(yōu)化為：
19、
20、其中，ψf表示永磁體的轉(zhuǎn)子磁鏈，εmax表示估計(jì)誤差的最大可接受值，ω0min表示擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器帶寬的最小值，ω0max表示擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器帶寬的最大值。
21、進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)矢量濾波器的離散傳遞函數(shù)為：
22、
23、其中，kf表示濾波系數(shù)，ωf表示自適應(yīng)矢量濾波器的中心頻率，j表示虛數(shù)，即j2＝-1，z表示信號(hào)延遲的時(shí)間。
24、進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)矢量濾波器的幅頻特性和相頻特性為：
25、
26、其中，ω表示輸入信號(hào)的頻率。
27、進(jìn)一步的，所述步驟3中利用鎖相環(huán)位置觀測(cè)器解調(diào)估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)中包含的位置信息得到永磁同步電機(jī)的位置角的具體步驟為：將估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)作為輸入信號(hào)，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)自動(dòng)使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同步，從而間接提取輸入信號(hào)的相位信息，通過(guò)相位信息得到角度誤差，然后通過(guò)比例積分控制器調(diào)整角度誤差來(lái)估計(jì)基頻信號(hào)，并將基頻信號(hào)積分得到估計(jì)的永磁同步電機(jī)的位置角。
28、進(jìn)一步的，對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的相位滯后進(jìn)行補(bǔ)償后，得到最終估計(jì)的永磁同步電機(jī)的位置角為：
29、
30、其中，表示將基頻信號(hào)積分得到的估計(jì)的位置角。
31、進(jìn)一步的，所述步驟4具體步驟為：將估計(jì)得到的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為反饋，與給定轉(zhuǎn)速比較后，經(jīng)比例積分控制器得到電流給定值id*和iq*，同時(shí)將采樣得到的永磁同步電機(jī)三相電流進(jìn)行坐標(biāo)變換得到dq軸的電流id和iq，與給定電流id*和iq*作差，經(jīng)比例積分控制器和反park變換后得到電壓uα和uβ，輸出給空間矢量脈寬調(diào)制器合成pwm波，輸出到三相逆變器中，最終建立以轉(zhuǎn)速為外環(huán)，電流為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
32、有益效果：本專(zhuān)利技術(shù)相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其顯著優(yōu)點(diǎn)是利用位置觀測(cè)器從轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)中提取位置信息，省去了機(jī)械式位置傳感器，降低了系統(tǒng)成本且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，利用自適應(yīng)矢量濾波器濾除估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)的諧波，降低了電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置角的估計(jì)誤差。自適應(yīng)帶寬調(diào)優(yōu)方案能在線(xiàn)調(diào)優(yōu)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的參數(shù)，從而提高電機(jī)在寬速度范圍內(nèi)的反電動(dòng)勢(shì)估計(jì)性能，提高了永磁同步電機(jī)在寬速度范圍下無(wú)位置傳感器控制的高效性和穩(wěn)定性。
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1.一種永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟1中建立的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的反饋增益參照帶寬法進(jìn)行選取為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述自適應(yīng)矢量濾波器的離散傳遞函數(shù)為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述自適應(yīng)矢量濾波器的幅頻特性和相頻特性為：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟3中利用鎖相環(huán)位置觀測(cè)器解調(diào)估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)中包含的位置信息得到永磁同步電機(jī)的位置角的具體步驟為：將估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)作為輸入信號(hào)，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)自動(dòng)使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同步，從而間接提取輸入信號(hào)的相位信息，通過(guò)相位信息得到角度誤差，然后通過(guò)比例積分控制器調(diào)整角度誤差來(lái)估計(jì)基頻信號(hào)，并將基頻信號(hào)積分得到估
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，對(duì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的相位滯后進(jìn)行補(bǔ)償后，得到最終估計(jì)的永磁同步電機(jī)的位置角為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟4具體步驟為：將估計(jì)得到的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為反饋，與給定轉(zhuǎn)速比較后，經(jīng)比例積分控制器得到電流給定值id*和iq*，同時(shí)將采樣得到的永磁同步電機(jī)三相電流進(jìn)行坐標(biāo)變換得到dq軸的電流id和iq，與給定電流id*和iq*作差，經(jīng)比例積分控制器和反Park變換后得到電壓uα和uβ，輸出給空間矢量脈寬調(diào)制器合成PWM波，輸出到三相逆變器中，最終建立以轉(zhuǎn)速為外環(huán)，電流為內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟1中建立的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的反饋增益參照帶寬法進(jìn)行選取為：
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述自適應(yīng)矢量濾波器的離散傳遞函數(shù)為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述自適應(yīng)矢量濾波器的幅頻特性和相頻特性為：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)寬速域無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟3中利用鎖相環(huán)位置觀測(cè)器解調(diào)估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)中包含的位置信息得到永磁同步電機(jī)的位置角的具體步驟為：將估計(jì)反電動(dòng)勢(shì)作為輸入信號(hào)，通過(guò)閉環(huán)調(diào)節(jié)自動(dòng)使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)同步，從而間接提取輸入信號(hào)的相位信息，通過(guò)相位信息得到角度誤差，然后通過(guò)比例積分控制器調(diào)整角度誤差來(lái)估計(jì)基頻信號(hào)，并將基頻信號(hào)積分得到估計(jì)的永...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱先群，徐煥青，戴丁杭，王傳遠(yuǎn)，尹振東，張繼勇，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：揚(yáng)州大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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