五相感应电机无速度传感器矢量控制方法、系统及终端技术方案

本发明专利技术属于电机控制技术领域，公开了一种五相感应电机无速度传感器矢量控制方法、系统及终端，在全阶磁链观测器算法数字化的过程中，采用双线性法进行五相感应电机状态方程的离散化；结合全阶磁链观测器与矢量控制技术，建立五相感应电机无速度传感器矢量控制调速系统。针对目前国内对于五相感应电机无速度传感器矢量控制的技术空缺，本发明专利技术基于全阶磁链观测器与矢量控制技术，建立五相感应电机无速度传感器矢量控制系统，实验结果表明该系统拥有良好的调速性能与转速辨识能力。另外，针对传统欧拉离散方法会产生较大的离散误差的问题，本发明专利技术采用精度更高的双线性法进行五相感应电机状态方程的离散化，适用于对调速性能要求较高的应用场景。求较高的应用场景。求较高的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
五相感应电机无速度传感器矢量控制方法、系统及终端


[0001]本专利技术属于电机控制
，尤其涉及一种五相感应电机无速度传感器矢量控制方法、系统及终端。

技术介绍

[0002]感应电机因其维护成本低、动态响应好、速度
‑
转矩特性好、效率高等优点被广泛应用于风力发电、列车牵引、汽车工业、船舶推进等领域。随着电力电子技术的发展，电力系统已经摆脱了电源相数的限制。相位数的增加也给电机驱动系统带来了许多好处。与传统的三相电机相比，在相同功率下，五相电机有着相电压更低，转矩纹波更小，可靠性更高等优点。目前，五相电机有逐步取代传统三相电机的趋势。
[0003]在电机控制中，转速闭环控制不可或缺，对于转速的测量一般分为有速度传感器与无速度传感器两大类。对于有转速传感器的控制方法，一般使用绝对式编码器或增量式编码器与电机同轴连接进行测速。由于数字信号处理器的采样周期一般很小，因此会转速编码器会出现在采样周期内的脉冲个数不为整数的情况，此时计算出来的转速就会与实际转速发生偏移，影响系统整体的稳定性。此外，面对一些恶劣的工况，不适宜在转轴上加装转速传感器。为了解决这些问题，无速度传感器控制成为交流传动领域中的一个重要课题。
[0004]目前无速度传感器控制方法主要可分为三大类：基于电机模型的状态观测法、高频注入法以及与人工智能理论结合的相关方法。其中高频注入法需要改变电机本体的结构，工序较为复杂，与人工智能相关理论结合的方法在理论上已逐渐成熟，但其应用还处于初始阶段。基于电机模型的状态观测法不需要增设额外的硬件电路，且不需要改变电机结构，在成熟的电机建模理论下其成为目前研究的主流方法。
[0005]在基于电机模型的状态观测法中，主要有扩展卡尔曼滤波器、模型参考自适应系统、全阶磁链观测器等方法。与全阶磁链观测器相比，扩展卡尔曼滤波算法因其存在大量的矩阵运算，对数字控制器的算力要求较高。与传统的MRAS相比，基于全阶磁链观测器的模型参考转速辨识系统更具优势，因为前者是以基于电压模型的磁链观测器作为参考模型，而该磁链观测器存在纯积分初始值和漂移问题，并且在低速时严重依赖定子电阻的准确辨识，因此以该观测器的输出为参考磁链所形成的系统并不可靠。而全阶磁链观测器是以感应电机自身作为参考模型，提供了准确的参考值。
[0006]在全阶磁链观测器算法数字化的过程中，一般选择使用前向欧拉法对五相感应电机的状态方程进行离散化，该方法计算量小但存在不稳定范围。对于五相感应电机而言，其无速度传感器调速系统的构建十分复杂，目前国内对此方面的研究仍存在空缺。
[0007]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0008](1)对于有转速传感器的控制，使用绝对式编码器或增量式编码器与电机同轴连接进行测速计算的转速在安装不当时会与实际转速发生偏移，影响系统整体稳定性。并且转速编码器受灰尘、污垢、湿气、振动和温度等环境因素的影响较大。
[0009](2)目前无速度传感器的控制方法中，高频注入法需要改变电机本体结构，工序较
为复杂，且与人工智能相关理论结合的方法应用还处于初始阶段。
[0010](3)在传统的模型参考自适应转速辨识系统中，磁链观测器存在纯积分初始值和漂移问题，且在低速时严重依赖定子电阻的准确辨识，将导致系统不可靠。

技术实现思路

[0011]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种五相感应电机无速度传感器矢量控制方法、系统及终端，尤其涉及一种五相感应电机无速度传感器矢量控制调速方法、系统、设备及终端。
[0012]本专利技术是这样实现的，一种五相感应电机无速度传感器矢量控制方法，五相感应电机无速度传感器矢量控制方法包括：在全阶磁链观测器算法数字化的过程中，采用双线性法进行五相感应电机状态方程的离散化；结合全阶磁链观测器与矢量控制技术，建立五相感应电机无速度传感器矢量控制调速系统。
[0013]进一步，五相感应电机无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤：
[0014]步骤一，利用基于等功率原则的广义Clark变换对五相感应电机模型进行解耦，获得五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型；
[0015]步骤二，根据五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型获得状态方程，并利用双线性法对状态方程进行离散化处理；
[0016]步骤三，以电机本体作为参考模型，全阶磁链观测器作为可调模型，根据两个模型状态变量之间的误差构造自适应机构调节估算转速；
[0017]步骤四，在控制侧采用基于转子磁场定向的间接矢量控制方法，将估算转速作为转速闭环控制输入，将参考电压作为矢量控制算法输入；
[0018]步骤五，根据基波空间的合成矢量图与三次谐波空间的合成矢量图，使用最近四矢量SVPWM调制方式抑制三次谐波的产生。
[0019]进一步，步骤一中，选择基于等功率原则的广义Clark变换将自然基下的五相感应电机模型进行解耦，则广义Clark变换式如下：
[0020][0021]其中，x
αβ
为两相静止坐标系下基波空间的变量，包括电流、电压和磁链；x
αβ3
为三次谐波空间变量，x0为零序空间变量，x
a～e
为自然基下的变量。
[0022]将五相感应电机的物理量从五相自然坐标系转换至αβ两相静止坐标系中。由于本专利技术主要针对分布式绕组的五相感应电机，该种类型五相感应电机的三次谐波空间电流不参与机电能量转换，只产生谐波损耗，因此本专利技术仅考虑基波空间，获得五相感应电机在两
相静止坐标系下的数学模型；
[0023][0024][0025]其中，R
s
为定子电阻，R
r
为转子电阻，L
md
为等效互感，L
sd
为定子等效自感，L
rd
为转子等效自感，ω
r
为转子转速，u
s
为定子电压，ψ
r
为转子磁链，i
s
为定子电流，i
r
为转子电流，p代表微分算子。
[0026]进一步，步骤二中，根据五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型，确定状态方程为：
[0027][0028]其中，
[0029]以双线性法对状态方程进行离散化处理，则：
[0030][0031]使用双线性法进行展开：
[0032][0033]消去耦合项得到：
[0034][0035]其中，
[0036]进一步，步骤三中，以电机本体作为参考模型，输出状态变量为x＝[i
s ψ
r
]T
；全阶磁链观测器作为可调模型，输出状态变量为根据两个模型状态变量之间的误差，构造自适应机构调节估算转速当估算转速与实际转速ω
r
接近时，估算的状态变量逐渐收敛于实际值[i
s ψ
r
]。利用定子电流误差间接反映转子磁链的误差，当定子电流的估本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五相感应电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于，包括：在全阶磁链观测器算法数字化的过程中，采用双线性法进行五相感应电机状态方程的离散化；结合全阶磁链观测器与矢量控制技术，建立五相感应电机无速度传感器矢量控制调速系统。2.如权利要求1所述五相感应电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于，五相感应电机无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤：步骤一，利用基于等功率原则的广义Clark变换对五相感应电机模型进行解耦，获得五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型；步骤二，根据五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型获得状态方程，并利用双线性法对状态方程进行离散化处理；步骤三，以电机本体作为参考模型，全阶磁链观测器作为可调模型，根据两个模型状态变量之间的误差构造自适应机构调节估算转速；步骤四，采用基于转子磁场定向的间接矢量控制算法，将估算转速作为转速闭环控制输入，将参考电压作为矢量控制算法输入；步骤五，绘制基波空间的合成矢量图与三次谐波空间的合成矢量图，使用最近四矢量SVPWM调制方式抑制三次谐波的产生。3.如权利要求2所述五相感应电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于，步骤一中，选择基于等功率原则的广义Clark变换将自然基下的五相感应电机模型进行解耦，则广义Clark变换式如下：其中，x
αβ
为两相静止坐标系下基波空间的变量，包括电流、电压和磁链；x
αβ3
为三次谐波空间变量，x0为零序空间变量，x
a～e
为自然基下的变量；根据变换式，基于基波空间将五相感应电机的物理量从五相自然坐标系转换至αβ两相静止坐标系，获得五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型；静止坐标系，获得五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型；其中，R
s
为定子电阻，R
r
为转子电阻，L
md
为等效互感，L
sd
为定子等效自感，L
rd
为转子等效自感，ω
r
为转子转速，u
s
为定子电压，ψ
r
为转子磁链，i
s
为定子电流，i
r
为转子电流，p代表微
分算子。4.如权利要求2所述五相感应电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于，步骤二中，根据五相感应电机在两相静止坐标系下的数学模型确定状态方程为：其中，以双线性法对状态方程进行离散化处理，则：使用双线性法进行展开：消去耦合项得到：其中，
5.如权利要求2所述五相感应电机无速度传感器矢量控制方法，其特征在于，步骤三中，以电机本体作为参考模型，输出状态变量为x＝[i
s ψ
r
]
T
；全阶磁链观测器作为可调模型，输出状态变量为根据两个模型状态变量之间的误差，构造自适应机构调节估算转速当估算转速与实际转速ω
r
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗翔宇，赵镜红，曾溶涛，熊义勇，严思念，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：