一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，将带正弦滤波器的永磁同步电机数学模型等效为电机简化模型基于等效的简化模型构建反电势观测器；反电势观测器的输出作为锁相环的输入实现电机位置和转速的观测；其中，等效的简化模型的误差由等效电感补偿且等效电感的大小取决于系统参数，采用在线参数辨识提高等效简化模型的准确性，以保证系统在不同工况下位置观测的准确性；本发明专利技术提供了一种基于等效电感简化模型的无位置控制方法，可以解决带正弦滤波器的永磁同步电机控制中离散模型复杂、基于原离散模型反电势观测器设计困难等问题，减少了带正弦滤波器的永磁电机反电势观测器的设计难度。波器的永磁电机反电势观测器的设计难度。波器的永磁电机反电势观测器的设计难度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法


[0001]本专利技术属于永磁电机控制
，尤其涉及一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法。

技术介绍

[0002]传统的永磁同步电机驱动通常由基于脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的电压源型逆变器直接驱动电机，而对于以高速电机为代表的永磁电机电感较小，且大功率场合逆变器的开关频率受限，电机电流脉动严重，导致电机的谐波损耗急剧增加，效率下降。
[0003]为了解决上述问题，最常见的方法是在逆变器后加装正弦滤波器，正弦滤波器可为LCL即电感
‑
电容
‑
电感结构或者LC即电感
‑
电容结构，可基本滤除开关频率附近谐波，提高电机电流正弦度。
[0004]但是引入正弦滤波器会使得系统模型发生变化，传统反电势观测器由于模型不匹配而不再适用，系统模型阶数升高导致基于模型的反电势观测器设计困难，大大增加了带正弦滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制的难度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，解决了上述问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将带正弦滤波器的永磁同步电机数学模型等效为电机简化模型；
[0008]S2、基于等效的简化模型构建反电势观测器；
[0009]S3、反电势观测器的输出作为锁相环的输入实现电机位置和转速的观测；
[0010]其中，等效的简化模型的误差由等效电感补偿且等效电感的大小取决于系统参数，采用在线参数辨识提高等效简化模型的准确性。
[0011]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0012]进一步的技术方案：所述在线参数辨识方法的设计方法包括递推最小二乘法、用模型参考自适应算法以及卡尔曼滤波算法等方法。
[0013]进一步的技术方案：所述S1具体包括：
[0014]依据带正弦滤波器的永磁电机控制系统的等效电路能够简化为电感
‑
电容
‑
电感
‑
电阻
‑
反电势的结构，建立带正弦滤波器的永磁同步电机连续域数学模型：
[0015][0016]其中，i
1αβ
(t)为逆变器输出电流复矢量，i
2αβ
(t)为电机电流复矢量，u
cαβ
(t)为电容电压复矢量，u
αβ
(t)为逆变器输出电压复矢量，e
αβ
(t)为电机反电势复矢量，R为电机电阻，L1为滤波器的逆变器侧电感，L2＝L
1o
+L
s
，L
1o
为滤波器的电机侧电感，L
s
为电机绕组电感；
[0017]依据传统电机模型能够等效为电阻
‑
电感
‑
反电势的结构，据此可以建立带正弦滤波器的永磁同步电机连续域简化数学模型：
[0018][0019]其中，i
1/2αβ
(t)为电流复矢量，可以为电机电流或逆变器输出电流，R
eq
(t)为简化模型的等效电机电阻，L
eq
(t)为简化模型的等效电感，e
eq
(t)为电机反电势复矢量；
[0020]当电流复矢量选择为电机电流，根据等效简化电路与原电路模型的关系，可以得到表达式：
[0021]R
eq
(t)＝(1
‑
ω(t)2L1C)R
[0022]L
eq
(t)＝L1+L2‑
ω(t)2L1L2C
[0023]e
eq
(t)＝(1
‑
ω(t)2L1C)e
αβ
(t)
[0024]其中，ω为电机的电角速度；
[0025]当电流复矢量选择为逆变器输出电流，根据等效简化电路与原电路模型的关系，可以得到表达式：
[0026][0027][0028][0029]根据等效简化模型的时域方程可以得到永磁同步电机驱动系统在时域的响应表达式：
[0030][0031]上式中，u
αβ
(t)和e
eq
(t)为与时间有关的非线性变量，为了简化积分部分，认为在两个采样周期kT和(k+1)T之间，电机的转速没有发生变化，因此旋转坐标系下电机反电势e
dq
(t)可以认为和采样时刻反电势相等，由于输入电压由PWM对逆变器控制，因此在kT时刻u
αβ
(t)与u
αβ
(kT)相等，且简化认为在kT和(k+1)T之间，u
αβ
(t)＝u
αβ
(kT)，根据以上假设，可得到kT和(k+1)T之间的反电势的表达式：
[0032][0033]其中，θ
e
(t)为永磁电机的转子位置；
[0034]根据上述简化，得到永磁同步电机驱动系统在当前时刻kT和上一时刻(k
‑
1)T之间响应的差分方程，如下所示：
[0035][0036]进一步的技术方案：所述S2中反电势观测器模型为：
[0037][0038]其中，k1和k2分别为反电势观测器的增益。
[0039]进一步的技术方案：通过反电势观测器方程和系统差分方程计算得出误差矢量的状态空间方程：
[0040][0041]通过对矩阵G进行特征根配置，使其具有实部为负的特征根，从而保证观测器的状态趋近于实际状态x(k)，趋近的速度取决于特征根的配置，计算得到矩阵G的特征根：
[0042][0043]有益效果
[0044]本专利技术提供了一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，与现有技术相比具备以下有益效果：
[0045]1、本专利技术能够通过将带正弦滤波器的永磁同步电机数学模型等效为电机简化模型，基于等效的简化模型构建反电势观测器，反电势观测器的输出作为锁相环的输入实现电机位置和转速的观测，同时等效的简化模型的误差由等效电感补偿且等效电感的大小取决于系统参数，采用在线参数辨识提高等效简化模型的准确性，以保证系统在不同工况下位置观测的准确性；
[0046]2、本专利技术的反电势观测器基于等效电路的简化数学模型，一定程度上降低了反电势观测器的设计难度；
[0047]3、通过引入在线参数辨识环节，可大幅削弱不同工况下电机参数变化对简化电路参数的影响，提高反电势观测的精度，从而提高位置和转速信号的精度。
附图说明
[0048]图1为本专利技术带正弦滤波器的永磁同步电机无位置控制结构框图。
[0049]图2为本专利技术带正弦滤波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将带正弦滤波器的永磁同步电机数学模型等效为电机简化模型；S2、基于等效的简化模型构建反电势观测器；S3、反电势观测器的输出作为锁相环的输入实现电机位置和转速的观测；其中，等效的简化模型的误差由等效电感补偿且等效电感的大小取决于系统参数，采用在线参数辨识提高等效简化模型的准确性。2.根据权利要求1所述的用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述在线参数辨识方法的设计方法包括递推最小二乘法、用模型参考自适应算法以及卡尔曼滤波算法。3.根据权利要求1所述的用于带正弦滤波器的永磁电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述S1具体包括：依据带正弦滤波器的永磁同步电机控制系统的等效电路能够简化为电感
‑
电容
‑
电感
‑
电阻
‑
反电势的结构，建立带正弦滤波器的永磁同步电机连续域数学模型：其中，i
1αβ
(t)为逆变器输出电流复矢量，i
2αβ
(t)为电机电流复矢量，u
cαβ
(t)为电容电压复矢量，u
αβ
(t)为逆变器输出电压复矢量，e
αβ
(t)为电机反电势复矢量，R为电机电阻，L1为滤波器的逆变器侧电感，L2＝L
1o
+L
s
，L
1o
为滤波器的电机侧电感，L
s
为电机绕组电感；依据传统电机模型能够等效为电阻
‑
电感
‑
反电势的结构，据此建立带正弦滤波器的永磁同步电机连续域简化数学模型：其中，i
1/2αβ
(t)为电流复矢量，为电机电流或逆变器输出电流，R
eq
(t)为简化模型的等效电机电阻，L

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宇，陈岩松，黄允凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：