[发明专利]一种PMSM无速度传感器转子检测方法

说明书

本发明涉及一种PMSM无速度传感器转子检测方法，针对扩展卡尔曼算法在永磁同步电机转子估计上的局限性，在电机的转子估计上使用一种基于Sage‑Husa滤波算法，和平方根无迹卡尔曼滤波算法相结合，得到改进无迹卡尔曼算法。改进无迹卡尔曼算法能够在线估计过程噪声或者测量噪声的协方差矩阵，避免了传统卡尔曼滤波器由于仅假设估计过程中存在高斯白噪声而导致的滤波估计性能降低，甚至可能导致滤波发散等问题，利用无迹变换可以使得估算值的精度达到二阶精度，这使得获得的转子位置和电机转速的精度提高，平方根算法也可以使得状态协方差的半正定性得到保证，这也使得滤波的稳定性得到保证。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种PMSM无速度传感器转子检测方法。

背景技术

永磁同步电机因为其拥有高转矩比、高效和高功率密度这些优点，到目前因为永磁同步电机的这些优点，使得永磁同步电机已经被广泛的用在高性能调速系统中，并且作为常用的交流电机，永磁同步电机也具有效率高、运行可靠、调速性能好等优良特性，于此同时永磁同步电机也拥有着无刷电机寿命长、重量轻、结构简单等优点。总体来说，这方便了永磁同步电机系统向小型轻量化、高性能、高效节能方向发展。

为了能够确保所需要控制的永磁同步电机在运行性能上的稳定性，所以永磁同步电机安装位置传感器检测出电机的转子位置和转速的实际数据是在闭环控制不可缺少的一步。在永磁同步电机正在发展的目前，传感器安装一般放在电机的一侧以此用来检测所需检测的信息，比如说旋转变压器、光电编码器等硬件电路器件。这是一种通过传感器实时检测出转子的位置和转速，在之后将数据传递给控制环路。从上面的来看，现代传感器的存在，对电机的控制有着非常大的的帮助，但传感器的存在，也必定使得机械构造的复杂程度和电机的制造成本的增加，这必定使得系统的可靠性与鲁棒性优势下降，同时在一些环境湿度、温度过高或者过低、电机振动、还有粉尘等外界客观因素也使得在一些特殊环境中限制了永磁同步电机使用。

近年来，国内外学者相继对电机提出无速度传感器控制，在零低速区有高频注入法、低频注入法，中高速区有模型参考自适应法、滑模观测器法、扩展卡尔曼算法、智能算法等。

扩展卡尔曼滤波算法虽然能够实现电机转子速度和位置的估计，但是此方法计算复杂并且忽略了二阶及以上项使得计算精度降低。

发明内容

本发明提供了一种PMSM无速度传感器转子检测方法，以解决现有技术中计算精度低的技术问题。

本发明提供了一种PMSM无速度传感器转子检测方法，包括如下步骤：

步骤1：获取永磁同步电机定子电流和电压的d-q轴分量i_d、i_q和u_d、u_q；

步骤2：构建电机系统的数学模型，将i_α、i_β、转子转速ω_r和转子电角度θ_e作为电机系统状态变量x；将u_α、u_β作为电机系统控制变量u；将i_α、i_β作为电机系统输出变量y；

步骤3：对无迹卡尔曼Sigma采样点的权值进行选择，根据Sage-Husa自适应算法以及无迹卡尔曼算法，对状态方程进行初始化，计算初始时刻的量测噪声协方差矩阵R₀以及协方差的cholesky分解因子S₀；

步骤4：根据所述分解因子S₀得到无迹卡尔曼Sigma采样点的构造矩阵，对无迹卡尔曼Sigma采样点的构造矩阵进行非线性变换，获得状态和方差的平方根、下一时刻的估计的状态值χ_i,k/k-1、估计的状态值加权和以及估计的状态变量协方差的cholesky分解因子S_k/k-1；