一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电机控制领域，公开了一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法、系统及装置，系统通过滑模观测器获得等效反电势信息，然后采用构造反电势基波的方法，利用基波重构模块输出等效反电势基波观测值，消除反电势中的谐波分量，得到反电势基波，最后通过正交锁相环获得电机转子位置和转速估计值，从而提高转子位置和转速精度，同时系统保持较好的动态性能。与现有技术相比，本发明专利技术采用反电势基波重构方法，消除反电势观测值谐波分量，并将其用于估算转子位置和转速，大大提高转子位置和转速观测精度，同时系统保持较好动态性能。持较好动态性能。持较好动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法、系统及装置


[0001]本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法、系统及装置，特别适合于永磁同步电机中高速无位置传感器控制的应用场合。

技术介绍

[0002]车用驱动电机作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一，其驱动性能的优劣直接影响混合动力汽车、电动汽车的整车性能。目前车用驱动电机主要采用永磁同步电机，它具有高功率密度、高效率、低运行噪音等优点。为了实现永磁同步电机高性能控制，电机转子位置和转速信息检测是必不可少的。在电机控制系统中，采用传统的机械式传感器检测转子位置和转速信息，会导致传动系统电机体积增加、转动惯量增大、系统可靠性降低、成本增加，采用无位置传感器的控制方法成为目前电机控制领域的研究热点之一。
[0003]国内外学者针对永磁同步电机无位置传感器转子位置和转速估计技术研究，目前主要有两大类方法，一类是采用高频信号注入法，针对零速和低速范围运行的电机，另一类是基于反电势基波模型法，适应于中、高速运行的电机。在零速和低速下反电势难以检测，主要采用高频信号注入法来获取转子位置和转速信息。高频信号注入法主要利用电机的凸极性获得转子位置和转速信息，有高频旋转电压注入法、高频旋转电流注入法和高频脉振电压注入法。中高速段通过反电势来计算电机转速和转子位置角，这一类方法主要有扰动观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器等。滑模观测器方法易于实现，对参数变化不敏感，抗干扰能力强，动态性能好，被广泛采用。r/>[0004]然而，在采用基波模型法的中高速范围无位置传感器永磁同步电机转子位置和转速估计技术中，反电势估计误差的存在，影响了电机转子位置和转速计算的精度，恶化了无位置传感器永磁同步电机控制性能。反电势估计误差主要分为直流偏移误差和谐波误差。直流偏移误差是由于电机参数的不确定性引起的，可以通过参数辨识实时辨识控制系统所需要的电机参数，在一定程度上减小反电势估计误差，然而很难做到实时精确参数辨识。谐波误差是由于逆变器非线性、磁场空间谐波等因素的影响，在两相静止坐标下的反电势估计值含有谐波，进而导致转子位置和转速估计值中产生谐波分量。逆变器非线性、磁场空间谐波等因素会导致观测到的电机反电势估计值主要含有5、7次等谐波。目前一种比较可行的方案是采用滤波器滤除谐波，根据谐波频谱分析结果，得到反电势谐波次数为5次和7次，通过设置对应5次谐波和7次谐波的滤波器，将5次和7次谐波滤除，消除谐波导致的转子位置观测值的波动误差。例如专利103560738公开了一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统及其观测方法，通过将二阶广义积分器构成的带通滤波器，分别提取5次和7次谐波，再从反电势中减去5次和7次谐波，得到基波分量。
[0005]然而，在实际应用过程中，这些传统方法采用的滤波器会导致相位滞后，从而影响系统动态性能。估计值波动误差的存在，恶化了无位置传感器永磁同步电机控制性能。因
此，对于无位置传感器永磁同步电机控制系统，采用有效的方法减小反电势观测值谐波，消除谐波误差对转子位置和转速的影响，同时减少对系统动态性能影响，对提高电机转子位置和转速估计精度至关重要。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法、系统及装置，采用反电势基波重构方法，消除反电势观测值谐波分量，得到反电势基波分量，用于估算转子位置和转速，从而提高转子位置和转速观测精度，同时系统保持较好动态性能。
[0007]技术方案：本专利技术提供了一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制系统，包括永磁同步电机、3s/2s坐标变换模块、2s/2r坐标变换模块15、2r/2s坐标变换模块、滑模观测器模块、基波重构模块、锁相环模块、转速环调节器模块、第二电流环调节器模块、第一电流环调节器模块、SVPWM模块以及逆变器模块；
[0008]所述永磁同步电机与所述3s/2s坐标变换模块连接，所述3s/2s坐标变换模块输出端分别与所述滑模观测器模块、2s/2r坐标变换模块输入端连接，所述滑模观测器模块输出端与所述基波重构模块连接，所述基波重构模块输出端与所述锁相环模块输入端连接，所述锁相环模块的转速观测值输出端与所述基波重构模块输入端连接，所述锁相环模块的转速观测值输出端还与所述转速环调节器模块输入端连接，所述锁相环模块的转子位置观测值输出端与所述2s/2r坐标变换模块、2r/2s坐标变换模块连接；
[0009]所述2s/2r坐标变换模块输出端、所述转速环调节器模块输出端均与第一电流环调节器模块输入端连接，所述2s/2r坐标变换模块输出端还与所述第二电流环调节器模块输入端连接，所述第二电流环调节器模块、第一电流环调节器模块输出端与所述2r/2s坐标变换模块连接，所述2r/2s坐标变换模块输出端均与SVPWM模块、滑模观测器模块连接，所述SVPWM模块的控制输出端与所述逆变器模块连接，所述逆变器模块驱动所述永磁同步电机。
[0010]进一步地，所述基波重构模块包括余弦模块、余弦系数计算模块、第一乘法器、正弦模块、正弦系数计算模块、第二乘法器以及加法器，所述余弦模块输出端分别与所述余弦系数计算模块、第一乘法器3输入端连接，所述余弦系数计算模块输出端与所述第一乘法器输入端连接；所述正弦模块输出端分别与所述正弦系数计算模块、第二乘法器输入端连接，所述正弦系数计算模块输出端与所述第二乘法器输入端连接；所述第一乘法器与所述第二乘法器输出端均与所述加法器输入端连接，所述加法器输出端即为所述基波重构模块的输出端。
[0011]本专利技术还公开一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括如下步骤：
[0012]步骤1：基于永磁同步电机模型，采用滑模观测器模块获得永磁同步电机两相静止坐标下的α轴的等效反电势观测值和β轴的等效反电势观测值
[0013]步骤2：将α轴的等效反电势观测值和β轴的等效反电势观测值输入至基波重构模块，并将角频率观测值反馈至基波重构模块中，基波重构模块输出α轴等效反电势基波观测值β轴等效反电势基波观测值
[0014]步骤3：α轴等效反电势基波观测值β轴等效反电势基波观测值输入到锁相环模块，估算出转子位置观测值和转速观测值
[0015]步骤4：将转子位置观测值分别输至2r/2s坐标变换模块和2s/2r坐标变换模块，并且将得到的转速观测值反馈到转速输入端与ω比较后输入给转速环调节器模块和基波重构模块，经转速环调节器模块调节后得到电流i
q*
；
[0016]步骤5：经2s/2r坐标变换模块15输出的电流i
d
和i
q
，电流i
d
与d轴电流给定参考值i
dref
比较后输入到第二电流环调节器模块，输出d轴电压转速环调节器模块输出的电流i
q*
与电流i
q
比较后输入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，包括永磁同步电机(13)、3s/2s坐标变换模块(14)、2s/2r坐标变换模块(15)、2r/2s坐标变换模块(10)、滑模观测器模块(16)、基波重构模块(17)、锁相环模块(18)、转速环调节器模块(7)、第二电流环调节器模块(9)、第一电流环调节器模块(8)、SVPWM模块(11)以及逆变器模块(12)；所述永磁同步电机(13)与所述3s/2s坐标变换模块(14)连接，所述3s/2s坐标变换模块(14)输出端分别与所述滑模观测器模块(16)、2s/2r坐标变换模块(15)输入端连接，所述滑模观测器模块(16)输出端与所述基波重构模块(17)连接，所述基波重构模块(17)输出端与所述锁相环模块(18)输入端连接，所述锁相环模块(18)的转速观测值输出端与所述基波重构模块(17)输入端连接，所述锁相环模块(18)的转速观测值输出端还与所述转速环调节器模块(7)输入端连接，所述锁相环模块(18)的转子位置观测值输出端与所述2s/2r坐标变换模块(15)、2r/2s坐标变换模块(10)连接；所述2s/2r坐标变换模块(15)输出端、所述转速环调节器模块(7)输出端均与第一电流环调节器模块(8)输入端连接，所述2s/2r坐标变换模块(15)输出端还与所述第二电流环调节器模块(9)输入端连接，所述第二电流环调节器模块(9)、第一电流环调节器模块(8)输出端与所述2r/2s坐标变换模块(10)连接，所述2r/2s坐标变换模块(10)输出端均与SVPWM模块(11)、滑模观测器模块(16)连接，所述SVPWM模块(11)的控制输出端与所述逆变器模块(12)连接，所述逆变器模块(12)驱动所述永磁同步电机(13)。2.根据权利要求1所述的消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，所述基波重构模块(17)包括余弦模块(1)、余弦系数计算模块(2)、第一乘法器(3)、正弦模块(4)、正弦系数计算模块(5)、第二乘法器(6)以及加法器(0)，所述余弦模块(1)输出端分别与所述余弦系数计算模块(2)、第一乘法器(3)输入端连接，所述余弦系数计算模块(2)输出端与所述第一乘法器(3)输入端连接；所述正弦模块(4)输出端分别与所述正弦系数计算模块(5)、第二乘法器(6)输入端连接，所述正弦系数计算模块(5)输出端与所述第二乘法器(6)输入端连接；所述第一乘法器(3)与所述第二乘法器(6)输出端均与所述加法器(0)输入端连接，所述加法器(0)输出端即为所述基波重构模块(17)的输出端。3.一种消除观测值波动误差的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：基于永磁同步电机模型，采用滑模观测器模块获得永磁同步电机两相静止坐标下的α轴的等效反电势观测值和β轴的等效反电势观测值步骤2：将α轴的等效反电势观测值和β轴的等效反电势观测值输入至基波重构模块，并将角频率观测值反馈至基波重构模块中，基波重构模块输出α轴等效反电势基波观测值β轴等效反电势基波观测值步骤3：α轴等效反电势基波观测值β轴等效反电势基波观测值输入到锁相环模块，估算出转子位置观测值和转速观测值步骤4：将转子位置观测值分别输至2r/2s坐标变换模块和2s/2r坐标变换模块，并且将得到的转速观测值反馈到转...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁庆，高帅，郑世佼，陆舜，武莎莎，张涛，莫丽红，叶小婷，陈万，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：