【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制，具体涉及一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法及系统。
技术介绍
1、超高速永磁同步电机因为其小体积、高效率、高功率密度的优势，正广泛应用于驱动燃料电池空压机、电动涡轮增压器、燃气轮机、储能飞轮等民用和工业领域的高速旋转器械，其运行转速可到数万转至数十万转。为了满足不同工况下的功率需求，超高速永磁同步电机必须同时具备快速响应能力和高稳态控制精度。
2、超高速永磁同步电机面临的动态、稳态性能需求对其控制技术提出了极高的挑战，在这一背景下，矢量控制作为其主要控制框架，其卓越性能的核心在于对转子位置信息的高精度要求。然而，对于高度集成化和小型化的超高速永磁同步电机而言，由于空间有限，机械式位置传感器的安装变得不切实际。而随之而来的安装成本和维护成本的提升也成为一项挑战。更为复杂的是，超高速永磁同步电机的运转速度极高，导致电机温度显著升高。在这种高温、高速环境下，机械式位置传感器的检测精度明显下降，可能导致超高速永磁同步电机在运行中发生非正常失控停机，从而引发财产损失和人员伤害。无位置传感器控制方法使得对超高速永磁同步电机的转子位置和转速信息进行实时估计成为可能，在该电机运行的全速域内能够保持相对较高的可靠性，这被广泛认为是替代机械式位置传感器实现超高速永磁同步电机精确控制的先决条件。
3、在零低速工况下，为确保超高速永磁同步电机的启动速度，通常采用i-f开环启动策略。在中高速工况中，目前广泛使用的超高速永磁同步电机位置估计方法是设计滑模观测器来观测扩展反电动势。
4、现有
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的基于滑膜观测器的超高速永磁同步电机无位置传感器控制系统在转子位置信息的估计过程中，参数抗扰性能差，且在逆变器超高开关频率匹配的超短控制周期下，引入额外的电机参数辨识算法会显著增加控制芯片的计算负担，影响控制系统的实时性，导致系统响应能力降低，使得控制精度和可靠性进一步降低的技术问题，本专利技术提供一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法及系统。
2、第一方面
3、本专利技术提供了一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括：
4、s101：获取逆变器输出侧的a相电流和b相电流；
5、s102：通过clark变换将a相电流和b相电流转换为两相静止坐标系下的α轴定子电流和β轴定子电流；
6、s103：将α轴定子电流和β轴定子电流作为主体状态变量，两相静止坐标系下的总体内部扰动作为扩张状态变量，建立二阶线性扩张状态观测器，提取超高速永磁同步电机在两相静止坐标系下的扩展反电动势估计值，其中，扩展反电动势估计值包括α轴扩展反电动势估计值和β轴扩展反电动势估计值；
7、s104：通过扩展反电动势计算初步转子位置估计角；
8、s105：将初步转子位置估计角作为主体状态变量，超高速永磁同步电机的负载转矩作为总体外部扰动，并将总体外部扰动作为扩张状态变量，建立三阶线性扩张状态观测器，提取转子位置观测值和转速观测值；
9、s106：结合转子位置观测值，通过park变换将α轴定子电流和β轴定子电流转换为两相旋转坐标系下的d轴定子电流和q轴定子电流；
10、s107：接收目标转速，并结合转速观测值计算电磁转矩；
11、s108：通过转矩解析算法解析电磁转矩，得到两相旋转坐标系下的d轴参考电流和q轴参考电流；
12、s109：计算d轴定子电流和q轴定子电流与相对应的d轴参考电流和q轴参考电流的电流差值，并根据电流差值计算d轴参考电压和q轴参考电压；
13、s110：基于转子位置观测值，对d轴参考电压和q轴参考电压进行反park变换，得到两相静止坐标系下的α轴参考电压和β轴参考电压；
14、s111：根据α轴参考电压和β轴参考电压生成脉宽调制开关信号，通过脉宽调制开关信号控制逆变器，进而生成超高速永磁同步电机的控制信号。
15、第二方面
16、本专利技术提供了一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制系统，包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器；所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，用于执行第一方面中的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法。
17、与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益技术效果：
18、在本专利技术中，基于超局部模型的思想，在两相静止坐标系下的电机电压方程中，将与电机参数相关的项作为电机系统受到的总体内部扰动，通过设计二阶线性扩张状态观测器对总体内部扰动进行观测，而不是直接观测扩展反电动势，在此基础上，通过跟踪微分器对扩张状态观测器观测的定子电流进行微分处理，并基于超局部模型计算得到精确的扩展反电动势，这种方法获得扩展反电动势无需精确的电机参数，且当电机参数在不同工况下变化时，其变化本身包含在估计的总体内部扰动中，因此在任何工况下得到的扩展反电动势都免疫于参数变化，避免了控制系统易受外部扰动的情况，提升控制系统参数抗扰性能。另外，估计的扩展反电动势通过反正切计算得到初步的转子位置信息，基于电机的运动方程，将电机负载转矩作为整体外部扰动，将初步的转子位置信息误差作为主体变量，设计三阶线性扩张状态观测器对整体外部扰动进行实时估计的同时，进一步得到更加精确的分别用于矢量控制的坐标变化和转速环的转子位置信息和估计转速，电机转子位置信息的准确获取实现了超高速永磁同步电机大范围加减速过程中零稳态位置误差，且得益于获得扩展反电动势的二阶线性扩张状态观测器的抗高频扰动性能，最终提取的位置信息同时具备优秀的动态性能，能够应对各种复杂工况，在不引入额外的电机参数辨识算法的情况下，实现在超高速永磁同步电机动态调速和稳态运行过程中对转子位置信息的精确估计，保证超高速永磁同步电机的稳定可靠运行，提升超高速永磁同步电机的控制精度和响应能力。
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1.一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述S103具体包括：
3.根据权利要求2所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，根据所述二阶线性扩张状态观测器的带宽设计所述二阶线性扩张状态观测器的线性反馈增益，所述二阶线性扩张状态观测器的闭环传递函数G(s)为：
4.根据权利要求2所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述最速综合函数的数学表达式具体为：
5.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述S104具体为：
6.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述S105具体为：
7.根据权利要求6所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，根据所述三阶线性扩张状态观测器的带宽设计所述三阶线性扩张状态观测器的线性反馈增益，所述三阶线性扩张状态观测器的闭环传递函数G(s)为：
8.根据
9.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述S109具体为：
10.一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，包括处理器和用于存储处理器可执行指令的存储器；所述处理器被配置为调用所述存储器存储的指令，以执行权利要求1至9中任一项所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述s103具体包括：
3.根据权利要求2所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，根据所述二阶线性扩张状态观测器的带宽设计所述二阶线性扩张状态观测器的线性反馈增益，所述二阶线性扩张状态观测器的闭环传递函数g(s)为：
4.根据权利要求2所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述最速综合函数的数学表达式具体为：
5.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述s104具体为：
6.根据权利要求1所述的超高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其...
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