永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法，包括：获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值；基于永磁同步电机的转矩方程和机械方程计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系，并将所述定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数；根据所述转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿，得到转速的最终估计值；本发明专利技术实现了对无位置传感器控制系统的“动稳分离”，较好地解决了系统动态性能提升和稳态性能提升之间的矛盾，对改善无位置传感器控制系统动态性能具有突出的实际意义。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法
本专利技术属于电机控制
，更具体地，涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法。
技术介绍
精确的转子位置信息是永磁同步电机矢量控制系统不可或缺的部分，是实现励磁电流和转矩电流解耦控制的关键。传统方法依靠安装于电机转子轴端的位置传感器获取转子位置，这无疑增加了系统成本和复杂度，降低了系统的集成度和可靠性。为进一步提升永磁同步电机矢量控制系统的市场竞争力，无位置传感器控制技术得到了越来越多的研究和应用。其中，在中高速无位置传感器领域，基于反电势观测的方法占据主要地位，包括滑模观测器法、全阶观测器法、扰动观测器法、及扩展卡尔曼滤波器法等。实际应用中，受制于电流采样噪声和逆变器死区效应等不确定性因素，基于反电势观测的无位置传感器技术，其反电势观测结果将不可避免地包含以上因素导致的噪声。因而，转速和位置观测器不得不设置相对较低的带宽，以实现对观测噪声的有效抑制，从而获得较为平滑的转速和位置观测结果。此举措虽能保证系统较好地稳态性能，但因转速观测器带宽受限，系统动态性能明显恶化。在面临大负载扰动工况，如突加负载，突减负载时，转速观测误差将显著增大，系统动态性能急剧下降，亦可能导致转速环震荡甚至不稳定。增大转速观测器带宽虽能一定程度上克服该问题，但却是以牺牲稳态性能为代价的。因此，对于传统永磁同步电机无位置传感器控制系统，改善动态性能和改善稳态性能是一对矛盾。如何将两者协调统一，改善动态性能而不影响稳态性能，成为无位置传感器领域亟待解决的问题。r>
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法，其目的在于解决传统方法无法兼顾电机的动态性能和稳态性能的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法，包括：获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值；基于永磁同步电机的转矩方程和机械方程计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系，并将所述定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数；根据所述转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿，得到转速的最终估计值。优选的，上述动态性能改善方法还包括：对转速的最终估计值进行积分，得到电机位置角的预估计值；对电机位置角的预估计值进行相位补偿，得到电机位置角的最终估计值。优选的，上述动态性能改善方法，所述转速补偿函数的获取过程具体包括：基于永磁同步电机的转矩方程和机械方程建立所述永磁同步电机的动态扰动过程的小信号模型；采用小信号分析法计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系；引入所述小信号模型的中断周期，将所述定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数。优选的，上述动态性能改善方法，根据所述转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿具体为：实时采集永磁同步电机的q轴电流，利用跟踪微分器计算所述q轴电流的微分值；根据转速补偿函数计算所述微分值对应的转速误差补偿值，利用所述转速误差补偿值对转速的预估计值进行补偿。优选的，上述动态性能改善方法，所述获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值具体为：根据永磁同步电机两相静止坐标系下的数学模型，以定子电流为状态变量建立滑模观测器，并获取所述滑模观测器输出的反电势观测值；采用锁相环对所述反电势观测值进行处理，得到永磁同步电机的转速的预估计值。另外，这种整体或具体的方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD-ROM等记录介质来实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质的任意组合来实现。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术提供的永磁同步电机无位置传感器控制系统动态性能改善方法，采用小信号分析法，对永磁同步电机转矩方程和机械方程进行分析，推导大负载动态扰动瞬间转速估计误差和电机q轴电流微分的定量关系，从而获得随电机q轴电流微分变化的转速补偿函数。借助该函数，完成动态瞬间对转速估计值的补偿，以降低转速误差，提升系统动态性能。本方法实现了对无位置传感器控制系统的“动稳分离”，较好地解决了系统动态性能提升和稳态性能提升之间的矛盾，对改善无位置传感器控制系统动态性能具有突出的实际意义。附图说明图1是本专利技术提供的永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的永磁同步电机无传感器控制系统的原理框图；图3是本专利技术实施例提供的一种永磁同步电机无位置传感器控制系统动态性能改善方法的原理框图；图4是本专利技术实施例提供的带转速和位置补偿的正交锁相环的原理框图；图5是本专利技术实施例提供的电机在1500rpm(转/分钟)运行过程中，3秒时刻突加额定负载，9秒时刻突减额定负载，基于本专利技术提出的带转速误差补偿的方法与传统方法的实验波形对比图及细节放大对比图；图6是本专利技术实施例提供的电机在300rpm(转/分钟)运行过程中，3秒时刻突加额定负载，9秒时刻突减额定负载，基于本专利技术提出的带转速误差补偿的方法与传统方法的实验波形对比图及细节放大对比图；从上至下对应实验波形依次为：(a)电机实际转速；(b)转速估计误差；(c)角度估计误差；(d)电机d轴电流；(e)电机q轴电流。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是本专利技术提供的永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法的流程示意图，参见图1，该方法包括以下步骤：S1：获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值；具体的：首先，根据永磁同步电机两相静止坐标系下的数学模型，以定子电流为状态变量建立状态观测器，并获取该状态观测器输出的反电势观测值；该状态观测器可以为滑模观测器、全阶观测器法、扰动观测器法、扩展卡尔曼滤波器法中的任意一种，本专利技术不做具体限制；然后采用锁相环对反电势观测值进行处理，得到永磁同步电机的转速的预估计值。S2：基于永磁同步电机的转矩方程和机械方程，采用小信号分析法计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系，并将定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数；S3：根据转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿，得到转速的最终估计值；具体的：实时采集永磁同步电机的q轴电流，利用跟踪微分器计算q轴电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法，其特征在于，包括：/n获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值；/n计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系，并将所述定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数；/n根据所述转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿，得到转速的最终估计值。/n

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机无位置传感器控制系统的动态性能改善方法，其特征在于，包括：
获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值；
计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系，并将所述定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数；
根据所述转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿，得到转速的最终估计值。


2.如权利要求1所述的动态性能改善方法，其特征在于，还包括：
对转速的最终估计值进行积分，得到电机位置角的预估计值；
对电机位置角的预估计值进行相位补偿，得到电机位置角的最终估计值。


3.如权利要求1所述的动态性能改善方法，其特征在于，所述转速补偿函数的获取过程具体包括：
基于永磁同步电机的转矩方程和机械方程建立所述永磁同步电机的动态扰动过程的小信号模型；
采用小信号分析法计算永磁同步电机在大负载动态扰动瞬间的转速估计误差与q轴电流的变化量之间的定量关系；
引入所述小信号模型的中断周期，将所述定量关系转换为表征转速误差补偿值随q轴电流的微分值变化的转速补偿函数。


4.如权利要求1所述的动态性能改善方法，其特征在于，所述根据所述转速补偿函数对转速的预估计值进行补偿具体为：
实时采集永磁同步电机的q轴电流，利用跟踪微分器计算所述q轴电流的微分值；
根据转速补偿函数计算所述微分值对应的转速误差补偿值，利用所述转速误差补偿值对转速的预估计值进行补偿。


5.如权利要求1所述的动态性能改善方法，其特征在于，所述获取永磁同步电机两相静止坐标系下的转速的预估计值具体为：
根据永磁同步电机两相静止坐标系下的数学模型，以定子电流为状态变量建立滑模观测器，并获取所述滑模观测器输出的反电势观测值；
采用锁相环对所述反电势观测值进行处理，得到永磁同步电机的转速的预估计值。


6.如权利要求5所述的动态性能改善方法，其特征在于，所述以定子电流为状态变量建立滑模观测器，并获取所述滑模观测器输出的反电势观测值具体为：
(1)以定子电流为状态变量建立滑模观测器，如下：



其中：iαβ＝[iαiβ]T，表示α、β两相静止坐标系下的定子电流；iα、iβ分别为α、β相定子电流；

表示定子电流的观测值；分别表示α、β相定子电流的观测值；
uαβ＝[uαuβ]T，表示α、β两相静止坐标系下的定子电压；uα、uβ分别为α、β相定子电压；
Rs、Ls分别表示定子相电阻、定子相电感；sign()为符号函数；
k为滑模观测器增益，其取值大于反电势幅值，即eα、eβ分别为α、β相反电势；

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，姜峰，孙宋君，柳岸明，杨帆，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42