[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

说明书

一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法，其特征是采集电机定子两相电流信号i_a、i_b和驱动器直流母线电压U_dc，转换到d、q坐标系下的i_d、i_q、U_d作为速度观测器的输入，通过电机状态电压方程计算出d轴电压误差U_err，将产生的电压误差U_err作为PI调节器的输入，经过PI调节器的调节，输出速度观测器的结果ω_r，将转子速度ω_r进行积分得到转子角度θ_r；本发明的有益之处是：控制过程简单、计算量少、稳定可靠，通过迭代算法实现迭代控制，所采用的PI调节器参数设置简单，简化了控制器结构，观测器中加入了动态分量的部分，提高了控制性能。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机调速驱动领域，尤其涉及一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法。

背景技术

永磁同步电机无需无功励磁电流，效率高，体积小，又因其高功率密度、高转矩电流比等优点而被广泛应用。在高性能永磁同步电动机系统中，为了实现高精度、高动态性能的速度与位置控制，速度闭环必不可少，因此需要在转子轴上安装机械式传感器，以测量电机转子速度与位置。机械式传感器会增加系统的体积和重量，导致成本上升，限制了永磁同步电动机在一些特殊场合的应用。为了克服这一缺陷，永磁同步电动机无速度传感器估测技术成为电机控制领域的一个研究热点。

目前永磁同步电动机速度估算的方法主要有基于定子电流模型参考自适应法以及基于观测器的估算方法等。模型参考自适应估算法与参考模型本身的选取有关，并且模型参考自适应估算法依赖于电机参数，从而影响了估算的准确性。利用状态观测器对转子位置和角度进行估算的方法主要有:滑模观测器、Luenberger观测器、全阶自适应状态观测器及卡尔曼算法的观测器等。但是，这些观测器的算法都比较复杂，对相应的硬件处理器也提出了高的要求，并需要多个电机参数，观测结果对电机参数都也有一定的敏感性，因此，寻求一种解决或者替代的方法非常重要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法，能够解决在无速度传感器情况下实现永磁同步电机转子速度观测的问题，从而实现永磁同步电机的矢量解耦控制。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种简单的无传感器永磁同步电机速度估测方法，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；

Clarke变换如下：

Park变换如下：

(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；