一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法及装置制造方法及图纸

一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法及装置，包括以下步骤；步骤一，通过电流传感装置得到电机三相定子电流；步骤二，对三相定子电流进行Clarke变换，得到αβ坐标系下电机定子电流；步骤三，以αβ坐标系下定子电流构建滑模观测器；步骤四，根据估计电流和实测电流关系，得到电机在αβ坐标系下的反电动势；步骤五，对反电动势进行Park变换和复数计算，求出dq估计坐标系下不受电机速度影响的复数型归一化电机位置误差；步骤六，根据复数型归一化位置误差关系，设计位置和速度观测器，得到电机的估计位置和估计速度。本发明专利技术排除电机速度对系统带宽的影响并简化系统参数设计过程，在电机速度大范围变化的情况下，具有优异的动态性能和良好的稳态精度。有优异的动态性能和良好的稳态精度。有优异的动态性能和良好的稳态精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法及装置


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法及装置。

技术介绍

[0002]为了使用无位置传感器控制技术使电机处于正常工作状态，需要设计电机位置和速度估计器来实现电机位置和速度的准确估计。已有技术通常基于锁相环来实现，以观测到的反电动势作为其输入，输出电机的位置和速度。通过已有技术计算得到的位置误差信息通常与电机速度成正比，这使得系统的带宽随速度的变化而变化，这会影响观测器的动态性能，而且不便于系统参数选择。此外，已有基于锁相环的电机位置与速度的估计方法在电机速度大范围变化的情况下会出现严重的振荡问题，甚至会导致停机的情况。
[0003]因此，现有基于锁相环的估计方法的动态性能受速度影响，参数设计较为困难。在电机速度大范围变化的情况下，无法满足电机位置和速度估计的实际需要，从而无法良好地实现电机的无位置控制。
[0004]综上所述，现有技术存在的问题是：已有基于锁相环的电机位置与速度的估计方法的动态性能受速度影响，参数设计较为困难，在电机速度大范围变化的情况下会出现严重的振荡问题，甚至会导致停机的情况，这严重影响电机无位置控制的性能。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法及装置，该方法使系统带宽不受速度影响，参数设计较为简单，在电机速度大范围变化的情况下不仅具有优异的动态性能，而且具有良好的稳态精度，能够实现电机的无位置控制。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，包括以下步骤；
[0008]步骤一，通过电流传感装置得到电机三相定子电流；
[0009]步骤二，对所述三相定子电流进行Clarke变换，得到两相静止坐标系(αβ坐标系)下的电机定子电流；
[0010]步骤三，以所述αβ坐标系下的定子电流构建滑模观测器；
[0011]步骤四，根据估计电流和实测电流的关系，得到电机在αβ坐标系下的反电动势，该反电动势包含电机位置和速度信息；
[0012]步骤五，对所述反电动势进行Park变换和复数计算，求出在两相旋转估计坐标系(dq估计坐标系)下不受电机速度影响的复数型归一化电机位置误差；
[0013]步骤六，根据所述复数型归一化的位置误差关系，设计位置和速度观测器，得到电机的估计位置和估计速度。
[0014]所述步骤一中通过电流传感装置得到的电机三相定子电流为i
a
，i
b
，i
c
。
[0015]所述步骤二中对三相定子电流进行Clarke变换，其计算公式为：
[0016][0017]得到αβ坐标系下的电机定子电流i
α
，i
β
。
[0018]所述步骤三中以αβ坐标系下的电机定子电流i
α
，i
β
构建滑模观测器，具体方程为：
[0019][0020]其中：和为电机定子电流估计值和的微分，u
α
和u
β
为观测器控制输入，R
d
和L
d
为电机定子d轴电阻和电感，h为滑模增益，sgn为符号函数。
[0021]所述步骤四中计算电机在αβ坐标系下的反电动势E
α
和E
β
的具体公式为：
[0022][0023]其中，k
f
为永磁体磁链，ω为电机的电角速度，θ为电机的实际位置。
[0024]所述步骤五中对步骤四得到的反电动势进行Park变换，Park变换中的为电机位置θ的估计值，得到dq估计坐标系下的反电动势E
d
和E
q
，具体计算公式为：
[0025][0026]所述步骤五中对dq估计坐标系下的反电动势E
d
和E
q
进行复数计算，得到不受电机速度影响的复数型归一化电机位置误差E
out
，具体计算公式为：
[0027][0028]其中j为虚数单位，Im为复数的虚部，Re为复数的实部，n为正整数。
[0029]所述步骤六中根据步骤五的位置误差关系E
out
，构建位置和速度观测器，具体公式为：
[0030][0031][0032]其中代表电机电角速度估计值，k
p
和k
i
是设计参数，是积分环节。
[0033]一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计装置，包括电流传感器，所述电流
传感器用于采集电机定子三相电流，采集到的信号经滤波器、放大器和模数转换器的处理，输入到微控制器单元(MCU或DSP)进行计算，最终得到电机位置和速度；
[0034]所述电流传感器基于霍尔效应，安装于电机a、b、c三根相线上；
[0035]微控制器单元(MCU或DSP)按照步骤运行上述基于复数型归一化的电机位置与速度估计方法，计算得到电机位置和速度。
[0036]本专利技术的有益效果：
[0037]本专利技术提出了一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，并设计了相应的装置；由电流传感器、滤波器、信号放大器、模数转换器和电机参数估计器构成，其中电机参数估计器由微控制器单元(DSP或MCU)运行基于复数型归一化的电机位置与速度估计方法构成。(这里的电机参数估计器中的电机参数指的就是电机位置和速度)。
[0038]该方法使系统带宽不受速度影响，参数设计较为简单，在电机速度大范围变化的情况下具有优异的动态性能和稳态精度，能够实现电机的无位置控制。
[0039]由上述步骤五中复数型归一化的电机位置误差E
out
的表达式可知，此时电机位置误差信息中不包含电机电角速度ω，因此系统的带宽和参数设计均与速度无关，排除了电机速度对系统带宽的影响并简化了系统参数设计过程。在电机速度大范围变化的情况下，系统仍具有优异的动态性能和稳态精度。
附图说明
[0040]图1是本专利技术实施例提供的电机位置和速度估计方法流程图。
[0041]图2是本专利技术实施例提供的电机位置和速度估计方法实现流程图。
[0042]图3是本专利技术实施例提供的电机参数估计装置结构示意图；
[0043]图中：1、三相电流传感器；2、滤波器；3、信号放大器；4、模数转换器；5、电流传感装置；6、电机参数估计器。
具体实施方式
[0044]下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。
[0045]本专利技术排除了电机速度对带宽和系统参数设计的影响，在电机速度大范围变化的情况下，有效地增强了估计方法的可靠性，消除了振荡，提高了电机位置与速度估计方法的动态性能和稳态精度。
[0046]一种基于复数型归本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤一，通过电流传感装置得到电机三相定子电流；步骤二，对所述三相定子电流进行Clarke变换，得到两相静止坐标系，即αβ坐标系下的电机定子电流；步骤三，以所述αβ坐标系下的定子电流构建滑模观测器；步骤四，根据估计电流和实测电流的关系，得到电机在αβ坐标系下的反电动势，该反电动势包含电机位置和速度信息；步骤五，对所述反电动势进行Park变换和复数计算，求出在两相旋转估计坐标系，即dq估计坐标系下不受电机速度影响的复数型归一化电机位置误差；步骤六，根据所述复数型归一化的位置误差关系，设计位置和速度观测器，得到电机的估计位置和估计速度。2.根据权利要求1所述的一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，其特征在于，所述步骤一中通过电流传感装置得到的电机三相定子电流为i
a
，i
b
，i
c
。3.根据权利要求1所述的一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，其特征在于，所述步骤二中对步骤一得到的三相定子电流进行Clarke变换，其计算公式为：得到αβ坐标系下的电机定子电流i
α
，i
β
。4.根据权利要求1所述的一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，其特征在于，所述步骤三中以αβ坐标系下的电机定子电流i
α
，i
β
构建滑模观测器，具体方程为：其中：和为电机定子电流估计值和的微分，u
α
和u
β
为观测器控制输入，R
d
和L
d
为电机定子d轴电阻和电感，h为滑模增益，sgn为符号函数。5.根据权利要求1所述的一种基于复数型归一化的电机位置和速度估计方法，其特征在于，所述步骤四中计算电机在αβ坐标系下的反电动势E
α
和E

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志勇，李光奇，王迦南，王国庆，李建文，侯叶，张菊香，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：