[发明专利]基于复数PI控制器的永磁同步电机位置和速度估算方法

说明书

本发明涉及基于复数PI控制器的永磁同步电机位置和速度估算方法，其特征是采用由电流状态观测器、比较器、复数PI控制器和锁相环组成滑模观测器，电流状态观测器的输入为αβ轴电压、αβ轴反电势估计值和转速估计值，观测出的电流值与检测的电流值求差后，经过复数PI控制器得到估计的反电势，再输入到锁相环得到转子位置和速度。与传统位置滑模观测器相比，由于采用复数PI控制器取代滑模控制律实现对估算电流的零误差控制，能够消除抖振问题，同时省去低通滤波器，避免低通滤波器带来的相位延迟，提高了位置和速度的估算精度。

技术领域

本发明涉及一种采用复数PI(proportional integral比例积分)控制器的永磁同步电机位置和速度估算方法，属电机控制领域。

背景技术

在低成本及对传感器环境要求高的场合中，无位置传感器控制技术被广泛采用。永磁同步电机的位置估算方法通常分为低速段估算方法和中高速段估算方法两类。观测器通过实时观察与转子角度相关的电机反电势或磁链，从中提取转子角度和速度信息，是中高速段位置和速度估算的常用方法，这些方法包括滑模观测器、龙贝格观测器、自适应观测器、扩展卡尔曼滤波器等。其中，滑模观测器具有结构简单、鲁棒性好等优点，是一种较为常用的位置估算方法。但滑模观测器构建的滑模面切换函数通常为符号函数，导致严重的抖振问题。虽然有很多学者提出了采用饱和函数等方法来抑制抖振，但却无法消除。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明对滑模观测器进行改进，目的在于解决永磁同步电机滑模位置观测器的抖振，以及低通滤波器带来的相位延迟问题，提高位置和速度估算精度。

本发明主要采用如下技术方案：

基于复数PI控制器的永磁同步电机位置和速度估算方法，其特征是采用由电流状态观测器、比较器、复数PI控制器和锁相环组成滑模观测器，电流状态观测器的输入为αβ轴电压、αβ轴反电势估计值和转速估计值，观测出的电流值与检测的电流值求差后，经过复数PI控制器得到估计的反电势，再输入到锁相环得到转子位置和速度。

本发明进一步特征是采用复数PI控制器对电流观测值和检测值之间的偏差进行调节，并且复数PI控制器采用以下形式：

其中，K_p、K_i分别为PI控制器的比例系数和积分系数；s为拉普拉斯算子；为该方法估算出来的电机转子角频率，它由锁相环输出；j为虚数单位。

本发明的复数PI控制器通过下面方式实现：

其中，分别为α和β轴的反电势估计值；Δi_α、Δi_β分别为α和β轴电流偏差，分别为α和β轴电流观测值，i_α、i_β分别为α和β轴电流检测值。

本发明通过引入复数PI控制器代替滑模观测器中的切换函数，从而消除了抖振问题，并省去了低通滤波器，避免了低通滤波带来的相位延迟，提高了永磁同步电机位置和速度估算的精度。

附图说明

图1为基于滑模观测器的永磁同步电机无位置控制系统框图；

图2为传统滑模观测器的结构图；

图3为锁相环的结构图；

图4为本发明的采用复数PI控制器的滑模观测器结构图；

图5为本发明复数PI控制器的频率特性；

图6为本发明的复数PI控制器的结构图；

图7为传统滑模观测器的永磁同步电机电流观测值与检测值波形对比；

图8为本发明复数PI滑模观测器的永磁同步电机电流观测值与检测值波形对比；