[发明专利]一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法

权利要求书

1.一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(i)利用两个电流传感器采集电机定子两相电流信号i_a和i_b，利用电压采样电路采集驱动器直流母线电压U_dc；

(ii)通过Clarke变换和Park变换将定子电流i_a和i_b转换到d、q坐标系下的电流i_d和i_q；根据采样的母线电压U_dc获得d轴电压U_d；

(iii)通过d、q坐标系下的电机状态方程获取电机定子d轴电压的误差量U_err，将误差量U_err送入PI调节器进行调节控制，PI调节器的输出为本速度观测器观测到的电机转子速度ω_r；

(iv)将观测器观测出的电机转子速度ω_r迭代入电机状态方程中实现迭代控制；

(v)对观测出的电机转子速度ω_r进行积分计算得到电机转子角度θ_r，将得到的转子角度θ_r代入(ii)中的Park变换进行迭代计算，得到i_d和i_q，从而实现无速度传感器同步电机矢量控制；

转子速度观测首先依赖于电机电压状态方程，于是，如式1所示为永磁同步电机稳态下的定子在d轴上的电压数学模型：

U_d＝R_si_d-ω_rL_qi_q 式一

观测d*-q*坐标系与实际d-q坐标系关系，则电机稳态下的定子电压方程应如式2所示：

U_d＝R_si_d-ω_rL_qi_q+ω_rΨ_f sin(θ_err) 式二

很明显，在观测器观测准确情况下，应该有两坐标系重合，即有如下关系式成立：

U_err＝U_d-(R_si_d-ω_rL_qi_q)≈0 式三

由d轴误差电压作为式4的输入，通过PI调节器的调节输出转子速度，如下式4所示：

然而，由于上述均是在电机稳态下的电压模型，为了提升其动态性能，从电机动态情况下的电压模型考虑，加入了由于负载变化而引起的电压变量，计算出的d轴电压误差方程如下式5：

因此，实际生成的电机转子速度采样如下式6的方程：

对于观测出来的转子速度ω_r通过迭代到式五的电机状态方程中，从而实现迭代控制，实现对转子速度ω_r的估测；对于电机转子角度θ_r，由转子速度ω_r进行积分得到，如下面式7所示：

θ_r＝∫ω_r 式七

其中：R_s为电机定子直流电阻；

i_d为d轴电流分量；

i_q为q轴电流分量；

U_d为d轴电压；

ω_r为转子速度；

L_d、L_q分别为电机直轴、交轴电感；

Ψ_f为电机转子磁链；

θ_r为转子角度；

θ_err为观测d*-q*坐标系与实际d-q坐标系直接的观测角度误差；

K_p为PI调节控制器的比例系数；

K_i为PI调节控制器的积分系数。