[发明专利]一种永磁同步电机转子位置和转速检测方法

说明书

本发明涉及一种永磁同步电机转子位置和转速检测方法，永磁同步电机控制领域。包含如下步骤：建立永磁同步电机的反电动势方程、状态方程；对建立的状态方程进行矩阵向量式整理，并根据整理后的状态方程建立状态估计方程，由此得出状态误差方程；根据状态误差方程，建立二阶滑模观测器方程，得出反电动势误差方程；用sigmoid函数取代控制函数signum对反电动势误差方程进行更正；根据更正后的反电动势误差方程建立反电动势估计方程；用反电动势方程减去反电动势估计方程，采用李雅普诺夫方程进行稳定性分析，由此得出转子转速估计方程，并修正；采用锁相环技术提取转子位置信息。本发明采用模型参考自适应与二阶滑模相结合的观测器估计永磁同步电机的反电动势和转子速度，取代传统滑模观测器通过反电动势数值计算得到转子速度。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，涉及一种永磁同步电机转子位置和转速检测方法。

背景技术

目前，在中、高速段，永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的转子位置和转速检测方法主要包括模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波器法和滑模观测器法。模型参考自适应法以永磁同步电机数学模型为参考模型，以含有待估参数的方程作为可调模型，两个模型具有相同物理意义的输出量，利用两个模型的输出量之差，通过合适的自适应律来实现永磁同步电机转子位置和转速的检测，其对电机参数的准确度依赖较大，其动态稳定性只能在一定速度区域调整为最佳。扩展卡尔曼滤波器法是线性系统状态估计的卡尔曼滤波器算法在非线性系统的扩展应用，由于滤波器增益能够适应环境进行自动调节，所以其本身是一个自适应系统，可用于永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的转子位置和转速的在线检测，但是其需要矩阵求逆，计算量大、复杂度高，实时性较差。滑模观测器具有鲁棒性强、动态响应好、算法简单等优点，在无位置传感器永磁同步电机控制系统中得到广泛应用。

传统的一阶滑模观测器在开关函数的作用下，在滑模面附近呈现出固有的抖振现象，使得估计结果在实际值上下振荡，对估计精度产生了直接影响。低通滤波器被广泛应用于一阶滑模观测器，以滤出滑模抖振引起的高频噪声，然而，低通滤波器会带来增益衰减和相位延迟，同时增加系统的复杂性。为了有效地削弱抖振，避免低通滤波器的使用，通常采用基于准滑动模态的滑模控制方法，即采用饱和函数代替开关函数，在边界层以外采用正常的滑膜控制，在边界层以内采用连续状态的反馈控制，该方法的最大缺陷是观测误差不能保证在边界层内收敛到零，从而导致转子位置和转速估计不精确。

一阶滑模观测器总是受困于抖振问题，实践中其会对系统的稳定性产生不良的影响，二阶滑模观测器可以有效地消除滑模抖振并且不损害鲁棒性，深受众多学者的关注。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机转子位置和转速检测方法，从而省去了低通滤波器，减少了系统的复杂性，同时能够有效地抑制滑模抖振，并且保证能够精确地估计转子位置和转速。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种永磁同步电机转子位置和转速检测方法，该方法包含如下步骤：

S1：建立永磁同步电机的反电动势方程：

其中：e_s＝[e_α e_β]^T，e_α、e_β分别为永磁同步电机的反电动势在静止两相α-β坐标系下α和β方向分量，ω_r为永磁同步电机转子电气角速度；

S2：基于有效磁链建立永磁同步电机的状态方程；

S3：对建立的永磁同步电机的状态方程进行整理，并根据整理后的状态方程建立永磁同步电机的状态估计方程；

S4：将所述状态估计方程减去所述状态方程得到永磁同步电机的状态误差方程；