[发明专利]一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器

权利要求书

1.一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器，其特征在于，所述观测器包括直轴观测器(1)、交轴观测器(2)和一个权重更新选择器(3)；

所述直轴观测器(1)，由于所述直轴观测器内部包含锁相环结构，因此其转子位置估计受电机参数影响小，但是其转子位置误差的系数中含有q轴电流分量，所以其适用于永磁同步电机运行在重载情况下的转子位置估计；永磁同步电机矢量控制器输出的α轴和β轴电流分别输入至所述直轴观测器(1)，用于估计转子位置；

所述交轴观测器(2)，在估计转子位置过程中，对电机参数以及q轴电流依赖大，因此其适用于永磁同步电机运行在空载或轻载情况下的转子位置估计；永磁同步电机矢量控制器输出的α轴和β轴电流分别输入至所述交轴观测器(2)，用于估计转子位置；

所述直轴观测器(1)和所述交轴观测器(2)将各自估计出的转子位置均输入到权重更新选择器(3)；同时，将d轴电流和q轴电流也输入到权重更新选择器(3)；

所述权重更新选择器(3)，根据输入的d轴电流和q轴电流的大小判断永磁同步电机运行在轻载还是重载条件下，并实时地调整权重系数，对直轴观测器(1)和交轴观测器(2)输入的转子估计位置进行加权处理，得到最终的转子估计位置和估计转速，用于无传感器控制；

所述直轴观测器(1)包括一个直轴电流补偿单元(1-2)、第一单周期滞后单元(1-1)、第二单周期滞后单元(1-3)、第一减法器(1-4)、第二减法器(1-5)、第一乘法器(1-6)、第二乘法器(1-8)、第一加法器(1-7)、一个比例积分单元(1-9)、第一积分单元(1-11)、一个正弦函数计算单元(1-12)、一个余弦函数计算单元(1-10)和第一低通滤波器(1-13)；

当采用“d轴定子电流给定值”的矢量控制方式时，所述直轴电流补偿单元(1-2)可以省略；所述直轴电流补偿单元(1-2)用于补偿计算，所述计算公式为：

永磁同步电机输出的α轴和β轴电流分别输入至第一单周期滞后单元(1-1)和第二单周期滞后单元(1-3)，第一单周期滞后单元(1-1)的输出输入至第一减法器(1-4)，第二单周期滞后单元(1-3)的输出输入至第二减法器(1-5)；所述第一单周期滞后单元(1-1)和所述第二单周期滞后单元(1-3)均用于进行一个周期的数字延时处理；

所述第一减法器(1-4)将α轴电流和第一单周期滞后单元(1-1)的输出做差，得到α轴电流微分，输入至第一乘法器(1-6)；

所述第二减法器(1-5)将β轴电流和第二单周期滞后单元(1-3)的输出做差，得到β轴电流微分，输入至第二乘法器(1-8)；

所述第一乘法器(1-6)将α轴电流微分与余弦函数计算单元(1-10)相乘，输入至第一加法器(1-7)；

所述第二乘法器(1-8)将β轴电流微分与正弦函数计算单元(1-12)相乘，输入至第一加法器(1-7)；

所述第一加法器(1-7)将直轴电流补偿单元(1-2)的输出与第一、第二乘法器(1-6,1-8)的输出相加，得到转子位置误差信号，并将误差信号输入至比例积分单元(1-9)；

所述比例积分单元(1-9)输出转子估计转速，并将该估计转速输入至第一积分单元(1-11)；

所述第一积分单元(1-11)的输出输入至第一低通滤波器(1-13)进行滤波；

所述第一低通滤波器(1-13)的输出即为转子估计位置并将该估计位置同时输入至正弦函数计算单元(1-12)和余弦函数计算单元(1-10)；

所述交轴观测器(2)包括一个坐标变换单元(2-1)、一个R/L_q计算单元(2-2)、第三减法器(2-3)、第三单周期滞后单元(2-4)、第二加法器(2-5)、一个-L_q/ψ_f计算单元(2-6)、第二积分单元(2-7)、第二低通滤波器(2-8)和第三低通滤波器(2-9)；其中R为定子电阻，L_q为定子q轴电感，ψ_f为转子永磁体磁链；

所述坐标变换单元(2-1)的输入为永磁同步电机输出的α轴和β轴电流以及估计的转子位置将α轴和β轴电流转换为d轴和q轴电流，并将q轴电流输出至R/L_q计算单元(2-2)、第三减法器(2-3)和第三周期滞后单元(2-4)；

所述R/L_q计算单元(2-2)对输入的q轴电流进行比例变换运算后，将输出输入至第二加法器(2-5)；

所述第三单周期滞后单元(2-4)将输入的q轴电流滞后一个周期输出至第三减法器(2-3)；

所述第三减法器(2-3)将输入的q轴电流与第三单周期滞后单元(2-4)的输出做差处理，得到q轴电流微分值，并将所述q轴电流微分值输出至第二加法器(2-5)；

所述第二加法器(2-5)将R/L_q计算单元(2-2)的输出与q轴电流微分值做和，并将结果输出至-L_q/ψ_f计算单元(2-6)；

所述-L_q/ψ_f计算单元(2-6)将第二加法器(2-5)输出值进行运算，将结果输出至第二低通滤波器(2-8)和第二积分单元(2-7)；

所述第二低通滤波器(2-8)将-L_q/ψ_f计算单元(2-6)的输出进行低通滤波，得到转子估计转速

所述第二积分单元(2-7)的输出输入至第三低通滤波器(2-9)进行低通滤波；

所述第三低通滤波器(2-9)的输出即为转子估计位置并将该估计位置同时输入至坐标变换单元(2-1)。

2.根据权利要求1所述的一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器，其特征在于，所述权重更新选择器(3)包括第一加权处理器、第二加权处理器和一个权重更新算法单元；

所述权重更新算法单元根据输入的d轴电流和q轴电流的大小判断永磁同步电机运行在轻载还是重载条件下，并实时地调整权重系数w₁和w₂，将两个权重系数输入至对应的加权处理器；

所述第一加权处理器将交轴观测器(2)输出的转子估计位置进行加权处理，所述第二加权处理器将直轴观测器(1)输出的转子估计位置进行加权处理，并将两个加权处理后的结果输出叠加，得到最终转子估计位置