一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，包括：建立定子磁链幅值和电磁转矩表达式；建立转子同步坐标系下高频定子电压和电流关系式；推导出在估计的转子同步坐标系中定子磁链振幅表达式；得出转子同步坐标系下的电磁转矩表达式；得到带通滤波器的定子磁链幅值；得到高频定子电流表达式；得到高频定子电流表达式；得到估计坐标系下的高频定子电流表达式；得到估计转子位置；得到定子磁链表达式；根据得到的电磁转矩表达式和得到的定子磁链表达式，实现永磁同步电机无位置传感器控制。本发明专利技术针对永磁同步电机在低速运行时观测精度低问题，采用基于电流模型的定子磁链观测器，实现磁链和转速的在线辨识。

【技术实现步骤摘要】
一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法
本专利技术涉及一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，该方法在永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用转矩和定子磁链估计器，达到提高永磁同步电机无位置传感器控制精度的目的。
技术介绍
永磁同步电机因为其带载能力强，在工业上尤其是机车牵引、绞车提升等矿业工作中得到了大规模应用。为了实现永磁同步电机换相，需要利用霍尔位置传感器或其它位置检测装置来实时检测转子位置。为了节约体积、节省成本，采用算法实现电机换相成为最近电机控制领域研究的热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，具体在永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用转矩和定子磁链估计器，通过向定子磁链幅值注入高频信号，得到的转子位置。针对永磁同步电机在低速运行时观测精度低问题，采用基于电流模型的定子磁链观测器，实现磁链和转速的在线辨识。本专利技术采取如下技术方案来实现的：一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：1)建立定子磁链幅值和电磁转矩表达式；2)当高频信号注入定子磁链时，相绕组中会产生高频定子电压和电流，建立转子同步坐标系下高频定子电压和电流关系式；3)通过同步坐标系估计值转换表达式，将步骤1)定子磁链幅值表达式和步骤2)转子同步坐标系下高频定子电流关系式转换为定子磁链和电流估计值表达式，进一步推导出在估计的转子同步坐标系中定子磁链振幅表达式；4)根据步骤3)高频定子电流估计值表达式和定子磁链振幅表达式，得出转子同步坐标系下的电磁转矩表达式；5)提取步骤4)转子同步坐标系下的电磁转矩表达式的电磁转矩的高频分量，进一步得到带通滤波器的定子磁链幅值；6)根据步骤5)带通滤波器的定子磁链幅值，得到高频定子电流表达式；7)将步骤6)得到的高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达中，得到高频定子电流表达式；8)将步骤7)得到高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达式中，得到估计坐标系下的高频定子电流表达式；9)采用低通滤波器对步骤8)得到的高频定子电流进行信号过滤，得到估计转子位置；10)根据步骤8)高频定子电流表达式和步骤9)估计转子位置，得到定子磁链表达式；11)根据步骤4)得到的电磁转矩表达式和步骤10)得到的定子磁链表达式，实现永磁同步电机无位置传感器控制。本专利技术进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：建立定子磁链幅值和电磁转矩表达式：其中：取永磁磁链幅值、是定子磁链高频分量的指令值、|ψs|*是定子磁通幅值指令值、电磁转矩指令值、是电磁转矩高频分量的指令值、是总电磁转矩的指令值。本专利技术进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：当高频信号注入定子磁链时，相绕组中产生高频定子电压和电流，建立转子同步坐标系下高频定子电压和电流关系式：其中：usdh和usqh分别是定子电压的d轴高频分量和q轴高频分量，isdh和isqh分别是定子电流的d轴高频分量和q轴高频分量，Ld和Lq分别是d轴和q轴的电感。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：通过同步坐标系估计值转换表达式：其中：为估计值与实际值的误差，将步骤1)定子磁链幅值表达式和步骤2)转子同步坐标系下高频定子电流关系式转换为定子磁链和电流估计值表达式：进一步推导出在估计的转子同步坐标系中定子磁链振幅表达式：本专利技术进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：根据步骤3)高频定子电流估计值表达式和定子磁链振幅表达式，得出转子同步坐标系下的电磁转矩表达式：其中：np是极对数；因为：Lqψf＞＞|ψs|(Ld-Lq)cos(δ)，电磁转矩与定子磁链幅值之间的关系为：其中：np、ψf、Ld是电机参数为常数。本专利技术进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：提取步骤4)转子同步坐标系下的电磁转矩表达式的电磁转矩的高频分量，进一步得到带通滤波器的定子磁链幅值：其中：BPF代表带通滤波器；因为：所以BPF|ψs|sin(δ)≈0，sin(δ)≈0，cos(δ)≈1，进而表示为：BPF[|ψs|cos(δ)]≈ψshsin(ωht)。本专利技术进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：根据步骤5)带通滤波器的定子磁链幅值，得到高频定子电流表达式：本专利技术进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：将步骤6)得到的高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达中，得到高频定子电流表达式：本专利技术进一步的改进在于，步骤8)的具体实现方法为：将步骤7)得到高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达式中，得到估计坐标系下的高频定子电流表达式：本专利技术进一步的改进在于，步骤9)的具体实现方法为：采用低通滤波器对步骤8)得到的高频定子电流进行信号过滤，经过低通滤波器得到的定子电流q轴高频分量，当θr的值较小时，得到估计转子位置为：其中：LPF代表低通滤波器，如果转子位置差值信号为零，则Δθr将等于零；因此，估计的转子位置将等于实际转子位置；步骤10)的具体实现方法为：根据步骤8)高频定子电流表达式和步骤9)估计转子位置，得到定子磁链表达式：估计定子磁通与之间关系为：其中：步骤11)的具体实现方法为：根据步骤4)得到的电磁转矩表达式和步骤10)得到的定子磁链表达式，实现永磁同步电机无位置传感器控制。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：1.本专利技术提出一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，具体在永磁同步电机无位置传感器控制系统中采用转矩和定子磁链估计器，通过向定子磁链幅值注入高频信号，得到的转子位置2.本专利技术针对永磁同步电机在低速运行时观测精度低问题，采用基于电流模型的定子磁链观测器，实现磁链和转速的在线辨识。附图说明图1为永磁同步电机磁链控制系统数学坐标定义图；图2为转子位置和转速观测器控制框图；图3为电磁转矩和定子磁链观测器控制框图；图4为永磁同步电机驱动仿真示意图；图5为相电流波形；图6为估计和实际转子位置。具体实施方式下面通过附图，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。如图1所示，为了获得永磁同步电机磁链数学模型，定义dq轴为转子磁场定向坐标系，αβ轴为定子静态坐标系。转子旋转电角度为θr，ωr是转子旋转电角速度。us、is、ψs、ψr分别为定子电压矢量、定子电流矢量、定子磁链矢量和转子磁链矢量。带有“∧”上标的变量表示估计值。为了获得转子位置，在定子磁链中注入高频信号。定子磁链幅值和电磁转矩的如式(1)：式(1)中：取永磁磁链幅值、是定子磁链高频分量的指令值、|ψs|*是定子磁通幅值指令值、电磁转矩指令值、是电磁转矩高频分量的指令值、是总电磁转矩的指令值。当高频信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)建立定子磁链幅值和电磁转矩表达式；/n2)当高频信号注入定子磁链时，相绕组中会产生高频定子电压和电流，建立转子同步坐标系下高频定子电压和电流关系式；/n3)通过同步坐标系估计值转换表达式，将步骤1)定子磁链幅值表达式和步骤2)转子同步坐标系下高频定子电流关系式转换为定子磁链和电流估计值表达式，进一步推导出在估计的转子同步坐标系中定子磁链振幅表达式；/n4)根据步骤3)高频定子电流估计值表达式和定子磁链振幅表达式，得出转子同步坐标系下的电磁转矩表达式；/n5)提取步骤4)转子同步坐标系下的电磁转矩表达式的电磁转矩的高频分量，进一步得到带通滤波器的定子磁链幅值；/n6)根据步骤5)带通滤波器的定子磁链幅值，得到高频定子电流表达式；/n7)将步骤6)得到的高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达中，得到高频定子电流表达式；/n8)将步骤7)得到高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达式中，得到估计坐标系下的高频定子电流表达式；/n9)采用低通滤波器对步骤8)得到的高频定子电流进行信号过滤，得到估计转子位置；/n10)根据步骤8)高频定子电流表达式和步骤9)估计转子位置，得到定子磁链表达式；/n11)根据步骤4)得到的电磁转矩表达式和步骤10)得到的定子磁链表达式，实现永磁同步电机无位置传感器控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立定子磁链幅值和电磁转矩表达式；
2)当高频信号注入定子磁链时，相绕组中会产生高频定子电压和电流，建立转子同步坐标系下高频定子电压和电流关系式；
3)通过同步坐标系估计值转换表达式，将步骤1)定子磁链幅值表达式和步骤2)转子同步坐标系下高频定子电流关系式转换为定子磁链和电流估计值表达式，进一步推导出在估计的转子同步坐标系中定子磁链振幅表达式；
4)根据步骤3)高频定子电流估计值表达式和定子磁链振幅表达式，得出转子同步坐标系下的电磁转矩表达式；
5)提取步骤4)转子同步坐标系下的电磁转矩表达式的电磁转矩的高频分量，进一步得到带通滤波器的定子磁链幅值；
6)根据步骤5)带通滤波器的定子磁链幅值，得到高频定子电流表达式；
7)将步骤6)得到的高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达中，得到高频定子电流表达式；
8)将步骤7)得到高频定子电流表达式带入步骤3)高频定子电流估计值表达式中，得到估计坐标系下的高频定子电流表达式；
9)采用低通滤波器对步骤8)得到的高频定子电流进行信号过滤，得到估计转子位置；
10)根据步骤8)高频定子电流表达式和步骤9)估计转子位置，得到定子磁链表达式；
11)根据步骤4)得到的电磁转矩表达式和步骤10)得到的定子磁链表达式，实现永磁同步电机无位置传感器控制。


2.根据权利要求1所述的一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：建立定子磁链幅值和电磁转矩表达式：
其中：取永磁磁链幅值、是定子磁链高频分量的指令值、|ψs|*是定子磁通幅值指令值、电磁转矩指令值、是电磁转矩高频分量的指令值、是总电磁转矩的指令值。


3.根据权利要求2所述的一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：当高频信号注入定子磁链时，相绕组中产生高频定子电压和电流，建立转子同步坐标系下高频定子电压和电流关系式：
其中：usdh和usqh分别是定子电压的d轴高频分量和q轴高频分量，isdh和isqh分别是定子电流的d轴高频分量和q轴高频分量，Ld和Lq分别是d轴和q轴的电感。


4.根据权利要求3所述的一种采用转矩和定子磁链估计器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：通过同步坐标系估计值转换表达式：
其中：为估计值与实际值的误差，将步骤1)定子磁链幅值表达式和步骤2)转子同步坐标系下高频定子电流关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨沛豪，何凯琳，柴琦，王小辉，黄修喜，孙梦瑶，李志鹏，郭新宇，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61