[发明专利]一种永磁同步电机无传感器控制系统

权利要求书

1.一种永磁同步电机无传感器控制系统，其特征在于：包括3个PI调节器PI1、PI2、PI3、逆park变换、脉宽调制模块SVPWM、Clark变换、Park变换、Luenberger观测器、位置和转速估计器；为了提高控制精度，采用速度环作为外环和电流环作为内环的双闭环控制系统；采用容易测量的电压和电流来估计得到电机的反电动势e_α、e_β，利用转子位置和转速与反电动势的关系，计算得到双闭环控制系统电流内环所需要的转子位置信息θ和速度外环反馈信息ω_r，控制系统采用3个PI调节器和电压空间矢量脉宽调制模块SVPWM来控制电机的运行；

其中Park变换和逆Park变换所需要的转子位置信号θ和速度外环的速度反馈信号ω_r由Luenberger观测器、位置和转速估计器计算得到，反馈的速度信号ω_r同设定的目标转速ω_ref作差，将差值送入PI1调节器进行调节，得到所需要的电流i_qref；电流内环的电流反馈信号i_d、i_q由采集到的电流i_a、i_b(i_c通过i_a、i_b、i_c之间的相互关系计算得到)通过Clark变换和Park变换得到，反馈电流i_d和i_q分别与参考电流i_dref和i_qref作差，将差值送入PI3和PI2调节器进行调节，得到两相旋转坐标系下的电压V_dref和V_qref，进而通过逆Park变换得到两相静止坐标系下的电压V_αref和V_βref，最后通过脉宽调制模块SVPWM输出六路PWM控制三相逆变器的输出进而控制PMSM电机的运行。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机无传感器控制系统，其特征在于：所述Luenberger观测器包括矩阵A、矩阵B、矩阵C、积分器∫和观测器增益矩阵K；采用PMSM容易测量的电压v_α、v_β和电流i_α、i_β作为输入，对其进行状态重构，采用估计电流与实际电流的偏差对估计状态不断修正的方法，使估计值逼近真实值；反电动势估计值与矩阵C运算后的结果即为电流i_α、i_β的估计值电压v_α、v_β与矩阵B运算后的结果，加上估计值与矩阵A运算后的结果，再加上电流i_α、i_β与估计值的差值与矩阵K运算后的结果，三项结果之和通过积分器∫后，即产生所需要的反电动势e_α、e_β的估计值其中矩阵A、矩阵B、矩阵C通过以下的推导得到，矩阵K通过计算观测器的特征值的方法得到。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机无传感器控制系统，其特征在于：所述位置和转速估计器得到转子转速和位置信息的方法具体为：

从永磁同步电机反电动势的分量e_α，e_β计算得到：

由得

由此得到的转子位置信息周期是π，而实际的转子位置信息周期是2π，故需要对其进行预先处理，在此采用反电动势分量e_β≥0，θ+π的方式进行处理，转化得到所需要的位置信号；

由

e_α²+e_β²＝(λ_rN_pω_rcosθ)²+(-λ_rN_pω_rsinθ)²＝(λ_rN_pω_r)²

得

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机无传感器控制系统，其特征在于：所述Luenberger观测器的设计方法具体为：

在静止α-β坐标系下的电机状态方程为

其中，R_s和L_s分别为电机定子相电阻和相电感；i_α、i_β、v_α、v_β为定子两相静止坐标系定子绕组电流和电压；λ_r为转子永磁体磁链；ω_r为转子速度；Np为电机的极对数；

设e_α＝λ_rN_pω_rcosθ

e_β＝-λ_rN_pω_rsinθ

根据电机状态方程建立α-β坐标系下的数学模型

选取状态变量为x＝[i_αi_βe_αe_β]^T；控制变量u＝[v_αv_β]^T；输出变量y＝[e_αe_β]^T，在数字控制系统中，由于采样时间很短，将单个采样周期内的机械转速ω_r变化量视为零，则

建立Luenberger观测器：

x′(t)＝f[x(t)]+Bu(t)+Kw(t)

为了简化极点的配置，设

其中分别是i_α、i_β的估计值。