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专利号: 2023108691806
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法,其特征在于,包括:利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机,并根据所述矢量控制策略,构建定子电流数学模型;

根据所述定子电流数学模型,构建自适应观测器,并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势,获取反电动势估计值;

根据所述反电动势估计值,计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值,并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制;

根据所述定子电流数学模型,构建自适应观测器包括:对所述定子电流数学模型进行拉普拉斯变换和低通滤波,获取定子电流滤波模型;

根据所述定子电流滤波模型,设置不变流形;

根据所述不变流形,设置自适应律;

由所述定子电流滤波模型、不变流形和自适应律共同构成自适应观测器;

其中,所述定子电流滤波模型的表达式为:

其中,为拉普拉斯算子,为低通滤波器系数, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流、轴电流, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴反电动势、 轴反电动势, 、 、 、 为第一、第二、第三、第四改写参数,, , , 为永磁同步电机的定子绕组电感, 为永磁同步电机的定子绕组阻抗, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电压、轴电压;

所述不变流形的表达式为:

其中, 、 为 、 经过低通滤波后的变量, 、 为 、 经过低通滤波后的变量, 、 为 、 经过低通滤波后的变量;

所述自适应律的表达式为:

其中,为遗忘因子, ,为常数估计增益, ,为常数, ,为永磁同步电机的反电动势, ,为反电动势估计值, , 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴反电动势估计值、轴反电动势估计值,、 、 、 为第一、第二、第三、第四中间变量,、为第一、第二中间变量的一次导数。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法,其特征在于,所述矢量控制策略包括:对永磁同步电机的转速环进行线性自抗扰控制,获取 两相旋转坐标系下永磁同步电机的 轴参考电流 和 轴参考电流 ;

对 三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流 、 、 进行坐标变换,获取 两相旋转坐标系下永磁同步电机的 轴电流 和 轴电流 ;

将所述 轴参考电流 与 轴电流 的差值输入至第一PI调节器,获取 轴参考电压;将所述 轴参考电流 与 轴电流 的差值输入至第二PI调节器,获取 轴参考电压 ;

对所述 轴参考电压 和 轴参考电压 进行坐标变换,获取 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴参考电压 和 轴参考电压 ;

对所述 轴参考电压 和 轴参考电压 进行空间矢量调制,获取三相占空比信号、 、 ;

将所述三相占空比信号 、 、 输入至三相逆变器,由所述三相占空比信号 、 、控制所述三相逆变器的桥臂导通或关断,产生正弦电压信号,将所述正弦电压信号输入至永磁同步电机,实现对永磁同步电机的驱动。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法,其特征在于,所述线性自抗扰控制包括:利用线性跟踪微分器对转速环的转速参考值进行平滑化处理,获取转速参考值的跟踪值;

利用线性扩张状态观测器对永磁同步电机的总扰动以及根据后级自适应观测器获取的永磁同步电机的转速估计值进行观测,获取转速观测值和总扰动观测值;

对所述转速参考值的跟踪值和转速观测值的差值进行线性状态误差反馈,获取线性状态误差反馈控制律,并将所述总扰动观测值前馈补偿给线性状态误差反馈,获取补偿控制律,利用所述补偿控制律对线性扩张状态观测器进行反馈补偿,实现对永磁同步电机的转速环的线性自抗扰控制。

4.根据权利要求2所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法,其特征在于,对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流 、 、进行坐标变换,获取 两相旋转坐标系下永磁同步电机的 轴电流 和 轴电流 包括:对 三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流 、 、 进行Clarke变换,获取两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流 和 轴电流 ;

对所述 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流 和 轴电流 进行Park变换,获取 两相旋转坐标系下永磁同步电机的 轴电流 和 轴电流 ;

对所述 轴参考电压 和 轴参考电压 进行坐标变换,获取 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴参考电压 和 轴参考电压 包括:对所述 轴参考电压 和 轴参考电压 进行Park逆变换,获取 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴参考电压 和 轴参考电压 。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法,其特征在于,根据所述矢量控制策略,构建定子电流数学模型包括:根据所述矢量控制策略,对直流母线电压 和三相占空比信号 、 、 进行相电压计算,获取 三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压 、 、 ;

对所述 三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压 、 、 进行Clarke变换,获取 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电压 和 轴电压 ;

根据所述 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电压 和 轴电压 ,以及 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流 和 轴电流 ,构建定子电流数学模型;

其中,所述相电压计算公式为:

所述定子电流数学模型的表达式为:

其中, 为永磁同步电机的定子绕组电感, 为永磁同步电机的定子绕组阻抗, 、为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流、轴电流, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流的一次导数、轴电流的一次导数, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电压、轴电压, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的轴反电动势、轴反电动势, , , 为永磁同步电机的转速, 为永磁同步电机的转子位置角, 为永磁同步电机的永磁体产生的磁链。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法,其特征在于,根据所述反电动势估计值,计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值包括:根据所述反电动势估计值,利用反正切法,计算永磁同步电机的转速估计值和未补偿转子位置角估计值;

对所述未补偿转子位置角估计值进行角度补偿,获取永磁同步电机的转子位置角估计值;

其中,所述角度补偿公式为:

其中, 为永磁同步电机的转子位置角估计值, 为永磁同步电机的未补偿转子位置角估计值, 为永磁同步电机的转速估计值, 为低通滤波器的截止频率。

7.一种永磁同步电机的无位置传感器控制装置,其特征在于,包括:模型构建模块:用于利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机,并根据所述矢量控制策略,构建定子电流数学模型;

估计模块:用于根据所述定子电流数学模型,构建自适应观测器,并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势,获取反电动势估计值;

控制模块:用于根据所述反电动势估计值,计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值,并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制;

根据所述定子电流数学模型,构建自适应观测器包括:对所述定子电流数学模型进行拉普拉斯变换和低通滤波,获取定子电流滤波模型;

根据所述定子电流滤波模型,设置不变流形;

根据所述不变流形,设置自适应律;

由所述定子电流滤波模型、不变流形和自适应律共同构成自适应观测器;

其中,所述定子电流滤波模型的表达式为:

其中,为拉普拉斯算子,为低通滤波器系数, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电流、轴电流, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴反电动势、 轴反电动势, 、 、 、 为第一、第二、第三、第四改写参数,, , , 为永磁同步电机的定子绕组电感, 为永磁同步电机的定子绕组阻抗, 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴电压、轴电压;

所述不变流形的表达式为:

其中, 、 为 、 经过低通滤波后的变量, 、 为 、 经过低通滤波后的变量, 、 为 、 经过低通滤波后的变量;

所述自适应律的表达式为:

其中,为遗忘因子, ,为常数估计增益, ,为常数, ,为永磁同步电机的反电动势, ,为反电动势估计值, , 、 为 两相静止坐标系下永磁同步电机的 轴反电动势估计值、轴反电动势估计值,、 、 、 为第一、第二、第三、第四中间变量,、为第一、第二中间变量的一次导数。