带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法技术

本发明专利技术涉及一种带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法，属于电机控制技术领域。该方法通过模型参考自适应模型估算电机的位置和速度，替换传统的永磁同步电机的机械式位置传感器，降低运行成本，提高了系统的可靠性；同时本发明专利技术针对电机运行时出现的电流谐波，设计了抑制谐波的方法：基于滑模观测器估计电磁转矩脉动，计算补偿电流，加入低通滤波器得到平均转矩，进而得到转矩脉动。进而得到转矩脉动。进而得到转矩脉动。

【技术实现步骤摘要】
带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，特别涉及一种带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法

技术介绍

[0002]为了实时获得准确的转子位置和转速信息，传统方法是在转子轴上安装机械传感器，包括光电编码器、霍尔传感器等。然而，这将导致许多问题，例如成本、体积和惯性的增加以及可靠性和鲁棒性的降低。基于以上种种缺点，无速度传感器矢量控制的研究逐渐为国内外学术界和工程界高度重视。MRAS是一种高效的转速辨识控制系统，主要取自于自适应理论。系统包含两个模型：参考模型和可调模型，前者不含未知参数，后者含有未知参数，两种模型在共同的输入下有着共同的输出，参考模型与可调模型的输出和状态性能指标通过反馈比较器得到误差方程，构造合适的自适应律，使得可调模型的控制对象能够跟随参考模型的动态响应，使得控制误差趋于零。由于控制系统中逆变器非线性及电机反电势波形非正弦等因素，导致绕组电流中出现低频次谐波，引起电机转矩波动和损耗增加，使系统的控制性能变差，为此，需要一种改进的控制算法以抑制谐波。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是解决高速永磁同步电机估计速度时由于转矩脉动过大，导致的速度波动大问题，提供一种带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]根据永磁同步电机的给定转速、d轴电流给定值、所述当前转速、d轴电流采样值和q轴电流采样值，对所述永磁同步电机进行转速电流双闭环控制；根据所述α轴参考电压u
α
、参考电流i
α
和β轴参考电压u
β
、参考电流i
β
，滑模观测器估计电磁转矩脉动，计算补偿电流对所述永磁同步电机进行电流谐波抑制。
[0006]根据永磁同步电机的给定转速、d轴电流给定值、所述当前转速、d轴电流采样值和q轴电流采样值，对所述永磁同步电机进行转速电流双闭环控制，具体包括：
[0007]所述永磁同步电机的给定转速和所述当前转速的差值，经过PI调节器调节得到q轴参考电流，所述的q轴参考电流和所述q轴电流采样值的差值，经过PI调节器调节得到q轴参考电压，所述的d轴电流给定值和所述的d轴电流采样值的差值，经过PI调节器调节得到d轴参考电压，根据所述当前转子位置将所述的q轴参考电压和所述的d轴参考电压变换到两相静止坐标系下，生成α轴参考电压和β轴参考电压；将所述α轴参考电压和所述β轴参考电压进行SVPWM调制，输出PWM信号到逆变电路，输出a、b、c三相电流对永磁同步电机进行控制，所述永磁同步电机三相电流经过坐标变换后，得到d轴电流采样值和q轴电流采样值，进行电流闭环，根据所述d轴电流采样值、q轴电流采样值、q轴参考电压和d轴参考电压，建立模型参考自适应模块估计转速和位置，进行转速闭环；
[0008]根据永磁同步电机三相电流，经过坐标变换得到d轴电流采样值和q轴电流采样
值，进行电流闭环，坐标变换公式具体包括：
[0009][0010][0011]其中，i
d
为定子绕组的d轴电流，i
q
为定子绕组的q轴电流，i
a
、i
b
、i
c
为永磁同步电机三相电流，i
α
为α轴参考电流，i
β
为β轴参考电流，θ
e
为d
q
坐标系与三相静止坐标系a轴的夹角；
[0012]所述建立永磁同步电机在同步旋转坐标系下的定子电流方程，具体包括：在永磁同步电机中，d轴电感L
d
和q轴电感L
q
相等，得到L
d
＝L
q
＝L
s
；根据L
d
＝L
q
＝L
s
建立永磁同步电机在同步旋转坐标系下的所述定子电流方程为：
[0013][0014][0015]其中，u
d
为定子绕组的d轴电压，u
q
为定子绕组的q轴电压，i
d
为定子绕组的d轴电流，i
q
为定子绕组的q轴电流，ψ
f
为定子磁链，L
s
为定子绕组电感，R
s
为定子绕组电阻，w
e
为转子电角转速；
[0016]根据所述定子电流方程建立参考模型和可调模型，具体包括：
[0017][0018]令i
q*
＝i
q
，u
q*
＝u
q
[0019]则参考电机模型可写成：
[0020][0021]则并联可调模型为:
[0022][0023]其中，是i
d*
的估计值，是i
q*
的估计值，是u
d*
的估计值，是u
q*
的估计值，是w
e
的估计值；
[0024]根据所述参考模型和所述可调模型得到速度估算模型和位置估算模型，具体包括：
[0025]将MRAS参考模型与可调模型分别简写为如下形式：
[0026]参考模型：pi
*
＝Ai
*
+Bu
*
[0027]可调模型：
[0028]定义广义误差得到误差方程：
[0029]式中，根据Popov超稳定理论，得到转速辨识公式：
[0030][0031]其中，k
i
为PI调节器的积分系数，k
p
为PI调节器的比例系数；
[0032]根据所述速度估算模型得到所述位置估算模型，所述转子的估算位置角为：
[0033][0034]根据所述α轴参考电压u
α
、参考电流i
α
和β轴参考电压u
β
、参考电流i
β
、滑模观测器估计电磁转矩脉动，计算补偿电流对所述永磁同步电机进行电流谐波抑制。具体包括：
[0035]滑模观测器观测反电动势，电机的电流状态方程形式：
[0036][0037]其中：w
e
为转子电角速度，E
α
、E
β
为反电动势；
[0038]传统的滑模观测器的设计方程形式：
[0039][0040]其中，为定子电流的观测值，为观测器的控制输入；
[0041]将电机的电流方程与传统的滑模观测器的设计方程做差，定子电流的误差方程为：
[0042][0043]其中，为电流观测误差；
[0044]设计滑模控制律为：
[0045][0046]其中，
[0047]根据反电动势v
α
、v
β
，电机转速n，得到估计电磁转矩：
[0048][0049]电磁转矩T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，包括：根据永磁同步电机的给定转速、d轴电流给定值、所述当前转速、d轴电流采样值和q轴电流采样值，对所述永磁同步电机进行转速电流双闭环控制；根据所述α轴参考电压u
α
、参考电流i
α
和β轴参考电压u
β
、参考电流i
β
、滑模观测器估计电磁转矩脉动，计算补偿电流对所述永磁同步电机进行电流谐波抑制。2.根据权利要求1所述的带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，所述根据永磁同步电机的给定转速、d轴电流给定值、所述当前转速、d轴电流采样值和q轴电流采样值，对所述永磁同步电机进行转速电流双闭环控制，具体包括：所述永磁同步电机的给定转速和所述当前转速的差值，经过PI调节器调节得到q轴参考电流，所述的q轴参考电流和所述q轴电流采样值的差值，经过PI调节器调节得到q轴参考电压，所述的d轴电流给定值和所述的d轴电流采样值的差值，经过PI调节器调节得到d轴参考电压，根据所述当前转子位置将所述的q轴参考电压和所述的d轴参考电压变换到两相静止坐标系下，生成α轴参考电压和β轴参考电压，将所述α轴参考电压和所述β轴参考电压进行SVPWM调制，输出PWM控制波到逆变电路，输出a、b、c三相电流对永磁同步电机进行控制，永磁同步电机三相电流经过坐标变换后，得到d轴电流采样值和q轴电流采样值，进行电流闭环，根据所述d轴电流采样值、q轴电流采样值、q轴参考电压和d轴参考电压，建立模型参考自适应模块估计转速和位置，进行转速闭环控制。3.根据权利要求2所述的带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，根据永磁同步电机三相电流，经过坐标变换得到d轴电流采样值和q轴电流采样值，具体包括：获取永磁同步电机三相电流，根据坐标变换，得到dq轴电流，获取永磁同步电机三相电流，根据坐标变换，得到dq轴电流，其中，i
d
为定子绕组的d轴电流，i
q
为定子绕组的q轴电流，i
a
、i
b
、i
c
为永磁同步电机三相电流，i
α
为α轴参考电流，i
β
为β轴参考电流，θ
e
为dq坐标系与三相静止坐标系a轴的夹角。4.根据权利要求2所述的带有谐波抑制的永磁同步电机无速度传感器控制方法，其特征在于，建立永磁同步电机在同步旋转坐标系下的定子电流方程，在永磁同步电机中，d轴电感L
d
和q轴电感L
q
相等，得到L
d
＝L
q
＝L
s
；根据L
d
＝L
q
＝L
s
建立永磁同步电机在同步旋转坐标系下的所述定子电流方程为，具体包括：标系下的所述定子电流方程为，具体包括：其中，u
d
为定子绕组的d轴电压，u
q
为定子绕组的q轴电压，i
d
为定子绕组的d轴电流，i
q...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴秋轩，王彩彬，林伟杰，迟晓妮，王坚，张波涛，严文生，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：