一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法。方法包括：将永磁电机的三相定子电流坐标转换到dq两相同步旋转坐标系下，确定转子位置的初始位置区域；建立定子电流价值模型，将d轴定子电流输入，输出初始转子位置，使用N分法进行迭代寻优估计获得转子位置估计值及最终位置区域，实现对永磁电机转子位置的快速估计。本发明专利技术方法将有限集模型预测控制的思想引入基于定子电流的锁相环，与传统的有限位置集

【技术实现步骤摘要】
一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法


[0001]本专利技术涉及了一种转子位置快速估计方法，具体涉及一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法。

技术介绍

[0002]在新能源汽车、航空航天、飞轮储能、国防工业等对电机体积、重量和可靠性要求苛刻的场合，永磁同步电机以其特有的优势，得到了广泛应用。高性能的电机控制离不开转子位置。通常，获取转子位置需要在电机上安装光电编码器、旋转变压器等机械式位置传感器，该方案会增加电机与控制系统之间的连接线路，降低系统的功率密度。同时，所安装的机械式位置传感器极易受到电机振动、温度和电磁噪声的干扰，使驱动系统的运行可靠性变差。因此，利用永磁同步电机的反电势或者磁链数学模型设计相应的观测器，进而利用转子位置解调技术从观测的反电势或者磁链中估算出电机转子位置的无位置传感器控制技术受到了广泛的关注。
[0003]在永磁同步电机的无位置传感器控制中，常常利用滑模观测器观测出包含转子位置信息的反电势，进而利用结构简单、易于实现的锁相环解调出估计的转子位置。然而，滑模观测器存在抖振问题，会降低永磁同步电机的控制性能；传统的锁相环包含一个固定增益的比例积分调节器，该固定增益的值由经验确定，鲁棒性较差。同时滑模观测器与锁相环相结合的方式也会降低系统的带宽，影响永磁同步电机无位置传感器控制的动态性能。
[0004]为了改善传统锁相环所存在的问题，国内外学者进行了广泛的研究。目前常用的解决方法是利用一个额外的卡尔曼滤波器来确定锁相环参数，进而改善传统锁相环由经验确定参数所带来的鲁棒性较差问题。为了进一步提高系统的带宽，有学者基于有限控制集模型预测控制的基本思想，提出了有限位置集
‑
锁相环，该方法不需要结合观测器，可以直接用来估计转子位置，其基本原理在于将转子位置平面离散为有限数量的转子位置，利用旋转坐标系下的电机数学模型，构建基于反电势的价值函数，通过滚动优化估算出转子位置，具有动态响应快、鲁棒性强的优势。在此基础上，有学者提出了两种改进的有限位置集
‑
锁相环方案，在保证转子位置估算准确度的前提下减少计算量，但是仍然需要24次迭代寻优过程。对于永磁同步电机而言，为了提高控制性能，需要获取更加准确的转子位置信息，同时需要增加系统的控制频率保证足够大的载波比。因此，在更短的控制周期内估算出较为准确的转子位置对提高永磁同步电机无位置传感器控制性能具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法，在较短的控制周期内估算出较为准确的转子位置，进而有效提高永磁同步电机无位置传感器控制性能。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法包括以下步骤：
[0008]步骤一，将每个周期采样获得的永磁电机的三相定子电流进行坐标转换获得永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的定子电流，根据永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的定子电流确定永磁电机的转子位置的初始位置区域。
[0009]步骤二，建立永磁电机的定子电流价值模型，将永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流输入定子电流价值模型中，定子电流价值模型输出永磁电机的初始转子位置，使用N分法对永磁电机的初始转子位置及其初始位置区域进行迭代寻优估计获得永磁电机的转子位置估计值及其最终位置区域，实现对永磁电机转子位置的快速估计。
[0010]所述的步骤一中，将每个周期采样获得的永磁电机的三相定子电流进行坐标转换获得永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的定子电流，具体为首先将永磁电机的A相定子电流i
a
、B相定子电流i
b
和C相定子电流i
c
经过坐标转换获得各自的αβ两相静止坐标系下的α轴定子电流i
α
和β轴定子电流i
β
，然后将α轴定子电流i
α
和β轴定子电流i
β
经过坐标变换得到dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流i
d
和q轴定子电流i
q
，根据α轴定子电流i
α
、β轴定子电流i
β
和q轴定子电流i
q
的极性确定永磁电机的转子位置的初始位置区域。
[0011]所述的根据α相电流i
α
、β相电流i
β
和q相电流i
q
的极性确定永磁电机的转子位置的初始位置区域具体如下：
[0012][0013]其中，
↑
表示单调递增，
↓
表示单调递减。
[0014]所述的步骤二中，利用永磁同步电机在dq两相旋转坐标系下的d轴电流控制方式，建立的永磁电机的定子电流价值模型具体如下：
[0015]g
op
(k)＝|i
dref
(k)
‑
i
d
(k)|
[0016]其中，g
op
(k)为永磁电机第k个采样周期在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流的误差量；i
dref
(k)为永磁电机第k个采样周期在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流的参考量；i
d
(k)为永磁电机第k个采样周期在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流。
[0017]所述的永磁电机第k个采样周期在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流i
d
(k)具体如下：
[0018][0019]其中，A为永磁电机的定子电流幅值；θ为永磁电机的初始转子位置；为永磁电机第k个采样周期定子电流与两相静止坐标系之间的夹角；是由i
d
(k)＝i
α
(k)cosθ+i
β
(k)sinθ经过数学变换的数学模型。
[0020]所述的永磁电机第k个采样周期定子电流与两相静止坐标系之间的夹角具体如下：
[0021][0022]其中，i
α
(k)和i
β
(k)分别为永磁电机第k个采样周期在αβ两相静止坐标系下的α轴定子电流和β轴定子电流。
[0023]所述的步骤二中，利用i
d
(k)随每个选定转子位置区域中离散转子位置控制量的单调性，使用N分法对永磁电机的初始转子位置及其初始位置区域进行迭代寻优估计获得永磁电机的转子位置估计值及其最终位置区域，当次迭代获得的位置区域为上一次迭代的位置区域的(1/(N
‑
1))，保证每次迭代寻优的转子位置区域都是有效的，迭代获得的永磁电机的转子位置估计值具体如下：
[0024][0025]其中，为第i次迭代的永磁电机的转子位置估计值；θ
(i+1)1
和θ
(i+1)N
分别为第i+1次迭代的永磁电机的转子位置估计值的第1个和第N个转子位置控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法，其特征在于：方法包括以下步骤：步骤一，将每个周期采样获得的永磁电机的三相定子电流进行坐标转换获得永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的定子电流，根据永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的定子电流确定永磁电机的转子位置的初始位置区域；步骤二，建立永磁电机的定子电流价值模型，将永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流输入定子电流价值模型中，定子电流价值模型输出永磁电机的初始转子位置，使用N分法对永磁电机的初始转子位置及其初始位置区域进行迭代寻优估计获得永磁电机的转子位置估计值及其最终位置区域，实现对永磁电机转子位置的快速估计。2.根据权利要求1所述的一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法，其特征在于：所述的步骤一中，将每个周期采样获得的永磁电机的三相定子电流进行坐标转换获得永磁电机在dq两相同步旋转坐标系下的定子电流，具体为首先将永磁电机的A相定子电流i
a
、B相定子电流i
b
和C相定子电流i
c
经过坐标转换获得各自的αβ两相静止坐标系下的α轴定子电流i
α
和β轴定子电流i
β
，然后将α轴定子电流i
α
和β轴定子电流i
β
经过坐标变换得到dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流i
d
和q轴定子电流i
q
，根据α轴定子电流i
α
、β轴定子电流i
β
和q轴定子电流i
q
的极性确定永磁电机的转子位置的初始位置区域。3.根据权利要求2所述的一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法，其特征在于：所述的根据α相电流i
α
、β相电流i
β
和q相电流i
q
的极性确定永磁电机的转子位置的初始位置区域具体如下：其中，
↑
表示单调递增，
↓
表示单调递减。4.根据权利要求1所述的一种基于N分法的永磁电机转子位置快速估计方法，其特征在于：所述的步骤二中，建立的永磁电机的定子电流价值模型具体如下：g
op
(k)＝|i
dref
(k)
‑
i
d
(k)|其中，g
op
(k)为永磁电机第k个采样周期在dq两相同步旋转坐标系下的d轴定子电流的误差量；i
dref
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏长亮，叶梦婷，李晨，周湛清，阎彦，史婷娜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：