一种永磁同步电机无位置传感控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机无位置传感控制方法及系统，包括：通过定子电压积分模型得到初始定子磁链；将初始定子磁链作为ESO观测器输入，定义定子磁链和积分扰动作为ESO观测器状态变量；将观测器得到的系统扰动积分得到定子磁链扰动；基于初始定子磁链和定子磁链扰动计算得到不含扰动的定子磁链，利用电机的有源磁链模型得到电机的有源磁链；引入高通滤波器滤除有源磁链中的直流分量，利用滤波后的有源磁链计算电机转子位置信息和速度信息，基于所述信息对转速与转矩进行控制。本发明专利技术在全速范围内均可以保证磁链的快速收敛，保证转子位置信息的准确。子位置信息的准确。子位置信息的准确。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机无位置传感控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机无位置传感驱动
，尤其涉及一种永磁同步电机无位置传感控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]永磁同步电机无位置传感控制可以简化电机伺服系统设计，降低成本。基于以上优点，永磁同步电机无位置传感控制受到了学术界和工业界的广泛关注。经过几十年的研究，永磁同步电机无位置传感控制策略目前主要可以分为高速下基于电机反电势的观测器法，和低速下基于电机磁饱和性质的高频信号注入法。由于电机反电势幅值与转速耦合，其在低速下不能被有效观测，限制了该方法在全速范围的应用。高频信号注入法被认为是在低速/零速工况下最佳的解决方案。然而，信号注入又会带来转矩脉动，噪音，降低直流电压利用率等一系难题。
[0004]有源磁链模型依赖更少的电机参数，且幅值大小不与转速耦合，不易受外界干扰，可观测性好，可以实现电机的全速无感控制。但是逆变器非线性，开关管导通压降，以及数字积分器所带来的直流偏置，会极大影响磁链观测的准确性。
[0005]现有技术根据电机磁链积分模型，设计一个龙伯格型观测器。其次将观测器传递函数的极点配置在电机转速ω
e
处，达到频率自适应的目的，同时观测出逆变器等外界因素对于磁链积分的扰动。随后引入比例反馈来抑制数字积分器所带来的磁链直流偏置问题，最后通过有源磁链模型计算出电机转子位置信息。
[0006]上述频率自适应扰动磁链观测器的增益与转速大小耦合，也就限制了磁链的收敛速度。一方面，由于观测器的增益为与电机观测转速相关的变量，所以，观测器的带宽并不是很高，导致观测磁链并不能很快的收敛。磁链收敛速度慢，锁相环的观测带宽就无法提高，进一步电机转速环的控制带宽就很低，这就使得电机动态相应性能很差；另一方面，上述方法仅用比例反馈来抑制直流偏置，其并不能彻底消除直流量，还会带来αβ轴磁链大小的耦合。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种永磁同步电机无位置传感控制方法及系统，利用高增益观测器观测电机有源磁链，在兼顾了磁链模型宽调速范围的优点的同时，通过观测器的高增益加速了磁链的收敛速度，使得锁相环的带宽可以增大进而提高PMSM无感控制的动态响应性能；同时利用高通滤波器，来彻底消除磁链中的直流分量对于提取转子位置信息的影响。
[0008]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0009]一种永磁同步电机无位置传感控制方法，包括：
[0010]通过定子电压积分模型得到初始定子磁链；
[0011]将初始定子磁链作为ESO观测器输入，定义定子磁链和积分扰动作为ESO观测器状态变量；将观测器得到的系统扰动积分得到定子磁链扰动；
[0012]基于初始定子磁链和定子磁链扰动计算得到不含扰动的定子磁链，利用电机的有源磁链模型得到电机的有源磁链；
[0013]引入高通滤波器滤除有源磁链中的直流分量，利用滤波后的有源磁链计算电机转子位置信息和速度信息，基于所述信息对转速与转矩进行控制。
[0014]作为可选的方案，通过定子电压积分模型得到初始定子磁链时，考虑外在扰动。
[0015]作为可选的方案，将ESO观测器的增益设置为其中，观测器带宽ω0应满足T
s
为系统采样时间。
[0016]作为可选的方案，基于初始定子磁链和定子磁链扰动计算得到不含扰动的定子磁链，具体为：
[0017]将电机定子磁链减去扰动量，即得到不含扰动的定子磁链。
[0018]作为可选的方案，利用电机的有源磁链模型得到电机的有源磁链，具体为：
[0019]将不含扰动的定子磁链减去电机交轴电感与αβ轴定子电流的乘积，所得差值即为电机的有源磁链。
[0020]作为可选的方案，引入高通滤波器滤除有源磁链中的直流分量，所述高通滤波器的传递函数为：
[0021][0022]其中，ω
c
为截止频率。
[0023]作为可选的方案，利用滤波后的有源磁链计算电机转子位置信息和速度信息，具体为：
[0024]基于所述有源磁链，利用arctan函数计算出电机电角度，然后利用一个PI锁相环提取出电机转子位置和速度信息。
[0025]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0026]一种永磁同步电机无位置传感控制系统，包括：
[0027]初始定子磁链计算模块，用于通过定子电压积分模型得到初始定子磁链；
[0028]定子磁链扰动计算模块，用于将初始定子磁链作为ESO观测器输入，定义定子磁链和积分扰动作为ESO观测器状态变量；将观测器得到的系统扰动积分得到定子磁链扰动；
[0029]有源磁链计算模块，用于基于初始定子磁链和定子磁链扰动计算得到不含扰动的定子磁链，利用电机的有源磁链模型得到电机的有源磁链；
[0030]电机转子控制模块，用于引入高通滤波器滤除有源磁链中的直流分量，利用滤波后的有源磁链计算电机转子位置信息和速度信息，基于所述信息对电机转子进行控制。
[0031]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0032]一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现各指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的永磁同步电机无位置传感控制方法。
[0033]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0034]一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的永磁同步电机无位置传感控制方法。
[0035]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0036](1)本专利技术可实现对于电机磁链的快速观测。现有的方法观测器增益与转速耦合，其在低速下增益变小，磁链收敛速度变慢，磁场定向控制会出现较大角度偏差，造成电机转速控制失稳。本专利技术在全速范围内均可以保证磁链的快速收敛，保证转子位置信息的准确。
[0037](2)在永磁同步电机无感控制领域，由于观测器带宽普遍很低，因此转速环带宽不能很高，就造成电机无感动态调速性能很差。本专利技术用到的高增益磁链观测器，可以提高锁相环观测带宽进而提高转速控制回路的增益，提高无感控制的动态响应。
[0038](3)本专利技术通过高通滤波器消除有源磁链中的直流量，能够准确计算转子位置信息，避免由于存在直流量导致转子位置无法计算的问题。
[0039]本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例中的永磁同步电机无位置传感控制过程示意图；
[0041]图2为本专利技术实施例中的ESO扰动观测示意图。
具体实施方式
[0042]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机无位置传感控制方法，其特征在于，包括：通过定子电压积分模型得到初始定子磁链；将初始定子磁链作为ESO观测器输入，定义定子磁链和积分扰动作为ESO观测器状态变量；将观测器得到的系统扰动积分得到定子磁链扰动；基于初始定子磁链和定子磁链扰动计算得到不含扰动的定子磁链，利用电机的有源磁链模型得到电机的有源磁链；引入高通滤波器滤除有源磁链中的直流分量，利用滤波后的有源磁链计算电机转子位置信息和速度信息，基于所述信息对转速与转矩进行控制。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感控制方法，其特征在于，通过定子电压积分模型得到初始定子磁链时，考虑外在扰动。3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感控制方法，其特征在于，将ESO观测器的增益设置为其中，观测器带宽ω0应满足T
s
为系统采样时间。4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感控制方法，其特征在于，基于初始定子磁链和定子磁链扰动计算得到不含扰动的定子磁链，具体为：将电机定子磁链减去扰动量，即得到不含扰动的定子磁链。5.如权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感控制方法，其特征在于，利用电机的有源磁链模型得到电机的有源磁链，具体为：将不含扰动的定子磁链减去电机交轴电感与αβ轴定子电流的乘积，所的差值即为电机的有源磁链。6.如权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感控制方法，其特征在于，引入高通滤波器滤除有源磁链中的直流分量，所述高通滤波器的传递...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祯滨，周世昌，李真，李海涛，张进，邢千里，叶荣，唐雨晨，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：