【技术实现步骤摘要】
基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置
[0001]本专利技术涉及一种永磁同步电机的控制方法及装置，特别是一种基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置。
技术介绍
[0002]永磁同步电机作为一种常见的驱动设备，具有结构简单、低噪声、高能量密度、高效率等优点，在工业领域得到越来越广泛的应用。随着控制技术的发展，对永磁同步电机的控制水平提出了更高的要求。
[0003]永磁同步电机在实际运行过程中，电机气隙内部的电磁力分布由于定子齿槽效应、永磁体内部结构的缺陷伴随少量非理想阶次的谐波的存在，这也会引起转子永磁体的磁链谐波和定子电流谐波的产生。除此之外，电机在长期工作的情况下的温升也会带来电机内部参数的扰动。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置，用以考虑电流扰动对位置观测时的位置误差以及因系统的位置扰动对电流观测时的电流误差的影响，并将转子磁场谐波加以分析后，对位置环状态观测器的观测误差进行修正，旨在提高永磁同步电机的控制精
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立永磁同步电机d
‑
q轴电压模型和负载转矩方程；步骤2，扩展电势估计中考虑电机谐波分量构造电压谐波方程；步骤3，建立修正位置环状态观测器模型。2.根据权利要求1所述的基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置，其特征在于，步骤1的具体过程为：步骤1.1，建立基于扩展电动势的电压控制模型d
‑
q轴电压控制矢量微分方程可以表示为：其中q轴比d轴超前90
°
，i
d
和i
q
分别是d轴和q轴反馈电流，U
d
和U
q
是d轴和q轴定子电压指令，L
d
和L
q
是d轴和q轴电感，R为电阻，为转子磁通幅值，ω
e
为电机电角速度，ΔE
d
、ΔE
q
是d轴和q轴上的扩展电动势。进一步地，永磁同步电机的电压矢量控制方程定义为：式中，式中，步骤1.2，建立永磁同步电机负载转矩方程其中T
L
是负载转矩，J
m
是机械转动惯量，ω
m
是机械角速度，B
m
是粘性摩擦系数。3.根据权利要求1所述的基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置，其特征在于，步骤2的具体过程为：考虑定子槽效应、永磁体内部结构缺陷等因素，电机气隙中电磁力的分布伴随着少量非理想阶次的谐波存在，这也会引起转子永磁体的磁链谐波和定子电流谐波的产生。因此，三相定子绕组中转子永磁体产生的永磁体磁链方程是一个带谐波的空间函数。除此之外，电机在长期工作情况下的温升也会带来电机内部参数的扰动。考虑以上两个因素，电角度差为120
°
的电机绕组三相电流中含有(6i
±
1)次谐波成分，当进行Clark和Park变换时，d轴和q轴反馈电流可以表示如下：其中i
d1
、i
q1
是d轴和q轴上的基电流，ω
e
为电角速度，θ0表示永磁同步电机转子初始角度。并且引入扩展电动势的幅值，可以表示如下：
由式(4)和(5)，可以推导出扩展电动势的数学表达式，如下式所示：在考虑永磁同步电机实际运行中电流迟滞的存在后，会引起空间电压矢量的幅值和相位偏差。本文引入电压补偿来修正电压矢量控制方程，那么修正后的电机电压矢量控制方程为：结合上面的式(2)和(6)，可以得到下面的等式：令其中是控制系统的实际输出电压，是电压补偿，在每个控制周期内它都是一个恒定值。4.根据权利要求1所述的基于扩展电势观测器的永磁同步电机控制方法及装置，其特征在于，步骤3的具体过程为：步骤3.1，建立永磁同步电机考虑谐波分量的力矩模型在永磁同步电机气隙分布均匀且忽略磁饱和现象的条件下，永磁同步电机的电磁转矩方程：其中P是极磁钢极对数，T
el
是电磁转矩。本文选用的电机为表贴式永磁同步电机，由于L
d
＝L
q
，因此不存在磁阻转矩。采用i
d
＝0控制方式，电机的转动力矩与电枢电流之比达到最大，并且更容易实现对电机速度调节控制，因此式(9)可以化简为：在实际工作条件下，q轴电流中含有大量谐波成分。因此永磁同步电机考虑谐波分量的电磁转矩方程表示为：由式(3)和(11)，永磁同步电机负载转矩方程可以表示为：其中T
L
是负载转矩，J
m
是机械转动惯量，ω
m
是机械角速度，B
m
是粘性摩擦系数。步骤3.2，建立永磁同步电机位置环空间状态方程一个控制周期内电机转子转动的角度和角速度的微分方程表示为：
式中，t
s
表示控制系统控制计...
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