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专利号: 2023115531286
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于二维EKF的永磁同步电机无传感器控制方法,其特征是,所述控制方法包括:对一永磁同步电机,构建基于所述永磁同步电机的二维EKF单元,其中,在构建二维EKF单元时,仅将所述永磁同步电机的转子电角速度ωe和转子电角度θe选择配置为状态变量x,将所述永磁同步电机工作时的α轴电流iα、β轴电流iβ选择配置为输出变量y;

基于所选择配置的状态变量x以及输出变量y,配置与所述状态变量x以及输出变量y适配的状态转移矩阵与测量矩阵,并基于所配置的状态转移矩阵以及测量矩阵构建生成所述二维EKF单元;

获取永磁同步电机的电机工作状态信息下,利用所述二维EKF单元基于所获取的电机工作状态信息生成对所述永磁同步电机控制所需的转子位置估计值 和电角速度估计值其中,生成转子位置估计值 和电角速度估计值 时,在二维EKF单元的预测环节,基于k时刻的 以及k时刻的电机工作状态量生成 为k时刻状态变量x的估计值, 为k+1时刻输出变量y的估计值;

在二维EKF单元的校正环节,以k+1时刻的电机工作状态信息配置生成电机工作状态量,以基于所配置更新的电机工作状态量在k+2时刻的预测环节生成 为k+2时刻输出变量y的估计值;

电机工作状态信息包括永磁同步电机工作时的α轴电流iα、β轴电流iβ、α轴电压uα以及β轴电压uβ;

基于状态变量x以及输出变量y,对配置的状态转移矩阵及测量矩阵,则有:其中,A为状态转移矩阵,Hk+1为测量矩阵,Ts为采样周期,ψf为永磁同步电机的永磁体磁链,Ls为永磁同步电机的相电感, 为状态变量x的分量x1在k时刻的估计值, 为状态变量xT T的分量x2在k时刻的估计值,x=[x1 x2]=[ωe θe];

对构建的二维EKF单元,则有:

其中, 为基于k时刻状态变量x的估计值预测k+1时刻的估计值,Uk为基于k时刻的电机工作状态信息生成k时刻的电机工作状态量,Uk+1为基于k+1时刻的电机工作状态信息生成k+1时刻的电机工作状态量,Pk+1|k为基于k时刻的协方差矩阵Pk预测k+1时刻的协方差矩阵,Pk为k时刻的协方差矩阵,Q为过程协方差矩阵,Kk+1为卡尔曼增益,R为测量协方差矩阵,为状态变量在k+1时刻的估计值,yk+1为输出变量y在k+1时刻的实际值,Pk+1为k+1时刻的协方差矩阵;

将 抽象为 后,则得到

hd1与cd,其中,Rs是电子电阻;

将过程协方差矩阵Q配置为自适应状态时,则有:

其中,Qk为k时刻的过程协方差矩阵,Qk+1为k+1时刻的过程协方差矩阵,Q0为常数对角阵,λ为修正矩阵,λ=diag([λ11 λ22]),对角元素λ11、λ22取0到1之间的小数;

在二维EKF单元的预测环节,基于k时刻的过程协方差矩阵Qk更新协方差矩阵Pk+1|k;

在校正环节,将计算得到的k+1时刻的过程协方差矩阵Qk+1作为k+2时刻预测环节的过程协方差矩阵。

2.根据权利要求1所述的基于二维EKF的永磁同步电机无传感器控制方法,其特征是,对永磁同步电机控制时,还包括:转速环PI控制器,用于接收电角速度的目标转速ωref以及电角速度估计值 的差值,并基于所接收的差值生成q轴的参考电流电流环第一PI控制器,用于接收q轴的参考电流 与q轴实际电流iq的差值,并基于所接收的差值生成q轴的控制电压uq;

电流环第二PI控制器,用于接收d轴的参考电流 与d轴实际电流id的差值,并基于所接收的差值生成d轴的控制电压ud;

q轴的控制电压uq、d轴的控制电压ud经反park变换得到α轴电压uα以及β轴电压uβ,α轴电压uα以及β轴电压uβ经SVPWM控制器以及逆变器后生成提供永磁同步电机工作所需的三相电压;

对采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic,经clark变换后得到α轴电流iα、β轴电流iβ,其中,在反park变换以及clark变换中,均利用降阶扩展卡尔曼滤波模块输出的转子位置估计值

3.根据权利要求2所述的基于二维EKF的永磁同步电机无传感器控制方法,其特征是,对d轴的参考电流 则有:

4.一种基于二维EKF的永磁同步电机无传感器控制系统,其特征是,对任一永磁同步电机,采用上述权利要求1~权利要求3中任一项所述的方法解算得到转子位置估计值 和电角速度估计值 以基于解算得到转子位置估计值 和电角速度估计值 对永磁同步电机控制。