增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法技术

本发明专利技术公开了一种增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法，具体包括如下步骤：步骤1，构建永磁同步电机状态方程；步骤2，通过步骤1得到的状态方程构建增强扩张状态观测器估计扩展反电动势；步骤3，由步骤2中得到扩展反电动势通过锁相环估计永磁同步电机的转子位置和转速。解决了现有扩张状态观测器不能估计快速变化扩展反电动势导致估计的转子位置滞后实际转子位置严重，甚至导致系统发散的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制
，涉及一种增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有高效率、高功率密度、宽调速范围等诸多优点，在家用电器、轨道交通、工业制造、航空航天等领域都获得了广泛应用。准确的转子位置和转速对高品质永磁同步电机驱动系统至关重要。通常通过安装机械传感器检测转子位置和转速，然而，安装机械传感器不但增加了永磁同步电机驱动系统的成本，而且降低了系统的可靠性。因此，准确的转子位置和转速估计是提高永磁同步电机驱动系统可靠性、降低永磁同步电机驱动系统成本的重要路径。
[0003]扩张状态观测器将系统总扰动作为系统的一个扩张状态变量对其进行观测，不依赖被控对象的精确数学模型，采用扩张状态观测器估计转子位置和转速具有抗扰动特性。然而，扩张状态观测器具有低通滤波特性，当电机在高速区运行时，扩展反电动势是高频扰动，采用扩张状态观测器估计的扩展反电动势的相位滞后严重，导致估计的转子位置滞后实际转子位置严重，甚至导致系统发散。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法，解决了现有扩张状态观测器不能估计快速变化扩展反电动势导致估计的转子位置滞后实际转子位置严重，甚至导致系统发散的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法，具体包括如下步骤：
[0006]步骤1，构建永磁同步电机状态方程；
[0007]步骤2，通过步骤1得到的状态方程构建增强扩张状态观测器估计扩展反电动势；
[0008]步骤3，由步骤2中得到扩展反电动势通过锁相环估计永磁同步电机的转子位置和转速。
[0009]本专利技术的特点还在于：
[0010]步骤1的具体过程为：
[0011]在αβ两相静止坐标系永磁同步电机的电压方程如下公式(1)所示：
[0012][0013]其中，u
α
、u
β
分别是定子电压在α轴和β轴的分量,i
α
、i
β
分别是定子电流在α轴和β轴的分量，p是微分算子，R
s
是定子电阻，e
α
＝
‑
[(L
d
‑
L
q
)i
d
ω
r
+ω
r
ψ
f
]sinθ
r
、e
β
＝[(L
d
‑
L
q
)i
d
ω
r
+ω
r
ψ
f
]cosθ
r
是扩展反电动势在α轴和β轴的分量，L
d
是d轴电感，L
q
是q轴电感，i
d
是定子电流
在d轴的分量，ψ
f
是永磁体磁链，ω
r
是实际转子转速，θ
r
是实际的转子位置；
[0014]通过公式(1)得到定子电流的微分如下公式(2)所示：
[0015][0016]将公式(2)写成状态方程的形式如下公式(3)所示：
[0017]px1＝b0u+f+d
ꢀꢀꢀꢀ
(3)；
[0018]其中，x1＝[i
α
i
β
]T
，b0＝1/L
q
，u＝[u
α
u
β
]T
，f＝
‑
[i
α
i
β
]T
R
s
/L
q
，d＝[e
α
e
β
]T
；将公式(3)中的d扩展为新的状态变量如下公式(4)所示：
[0019][0020]其中，x2＝d＝[e
α
e
β
]T
。
[0021]步骤2的具体过程为：
[0022]步骤2.1，通过步骤1得到的状态方程构建增强扩张状态观测器估计扩展反电动势；
[0023]步骤2.2，设计增强扩张状态观测器中的非线性函数h；
[0024]步骤2.3，设计增强扩张状态观测器中的快速干扰跟踪器g。
[0025]步骤2.1的具体过程为：
[0026]通过公式(4)构建增强扩张状态观测器如下公式(5)所示：
[0027][0028]其中，是x1的估计值，是i
α
的估计值，是i
β
的估计值，是x2的估计值，是α轴扩展反电动势e
α
的估计值，是β轴扩展反电动势e
β
的估计值，是f的估计值，ε＝[ε
α ε
β
]是估计值与测量值x1的差，β1、β2是可调参数，h是一个非线性函数，g是快速干扰跟踪器。
[0029]步骤2.2的具体过程为：
[0030]设计增强扩张状态观测器中的非线性函数h如下公式(6)所示：
[0031][0032]其中，当估计α轴扩展反电动势时，γ是
[0033]步骤2.3的具体过程为：
[0034]在扩张状态观测器中植入快速干扰跟踪器g，设计的快速干扰跟踪器g如下公式(7)所示：
[0035][0036]其中，ω
e
是估计的转子速度；ω
c
是中心频率的宽度；k1是可调参数，k1的值主要影响中心频率处的振幅；k2是可调参数且是负数，k2的值主要影响快速干扰跟踪器g的动态响应；
[0037]可调参数k1调节方法如下公式(8)所示：
[0038][0039]其中，ω
*
是给定转速。
[0040]步骤3的具体过程为：
[0041]由公式(5)得到的估计扩展反电动势计算转子位置误差信号如下公式(9)所示：
[0042][0043]其中，θ
e
是估计的转子位置，η是转子位置误差信号；
[0044]转子位置误差信号η通过PI调节器调节得到估计的转速如下公式(10)所示：
[0045][0046]其中，K
p
是比例增益，K
i
是积分增益，ω
e
是估计的转速；
[0047]对估计的转速ω
e
积分得到估计的转子位置如下公式(11)所示：
[0048][0049]本专利技术的有益效果是，与传统扩张状态观测器估计转子位置和转速方法相比，本专利技术提出的增强扩张状态观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法，通过快速干扰跟踪器g，即使电机在高速运行时也能准确估计转子的位置和转速，并且设计的快速干扰跟踪器g可以通过设计可调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，构建永磁同步电机状态方程；步骤2，通过步骤1得到的状态方程构建增强扩张状态观测器估计扩展反电动势；步骤3，由步骤2中得到扩展反电动势通过锁相环估计永磁同步电机的转子位置和转速。2.根据权利要求1所述的增强观测器的永磁同步电机转子位置和转速估计方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：在αβ两相静止坐标系永磁同步电机的电压方程如下公式(1)所示：其中，u
α
、u
β
分别是定子电压在α轴和β轴的分量,i
α
、i
β
分别是定子电流在α轴和β轴的分量，p是微分算子，R
s
是定子电阻，e
α
＝
‑
[(L
d
‑
L
q
)i
d
ω
r
+ω
r
ψ
f
]sinθ
r
、e
β
＝[(L
d
‑
L
q
)i
d
ω
r
+ω
r
ψ
f
]cosθ
r
是扩展反电动势在α轴和β轴的分量，L
d
是d轴电感，L
q
是q轴电感，i
d
是定子电流在d轴的分量，ψ
f
是永磁体磁链，ω
r
是实际转子转速，θ
r
是实际的转子位置；通过公式(1)得到定子电流的微分如下公式(2)所示：将公式(2)写成状态方程的形式如下公式(3)所示：px1＝b0u+f+d
ꢀꢀꢀꢀ
(3)；其中，x1＝[i
α
i
β
]
T
，b0＝1/L
q
，u＝[u
α
u
β
]
T
，f＝
‑
[i
α
i
β
]
T
R
s
/L
q
，d＝[e
α
e
β
]
T

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦平，尹忠刚，张延庆，冯柯，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：