[发明专利]一种基于IGSO优化EKF的无传感器永磁同步电机速度估计方法

摘要

本发明提出了一种基于IGSO优化EKF的无传感器永磁同步电机速度估计方法，属于无传感器永磁同步电机控制技术领域。基于改进群搜索优化算法的扩展卡尔曼滤波速度估计方案，首先，建立PMSM磁场定向控制系统模型。然后，将电机的d‑q轴电压、电流和转子速度作为状态变量，构建EKF中的状态方程来估计转速。同时，为了提高EKF的估计性能，以估计值与实际值的平方误差积分作为适应度函数，通过IGSO算法来优化EKF中的噪声协方差矩阵Q和R，以此获得最优参数从而提升系统的动稳态性能。

主权项

1.一种基于IGSO优化EKF的无传感器永磁同步电机速度估计方法，其特征在于如下步骤，(1)根据永磁同步电机中的同步旋转坐标系下电流方程的数学模型，推导出dp坐标系为永磁同步电机中的同步旋转坐标系，则电机在此旋转坐标系下的数学模型为：定子电压方程为：其中：其中，vd、vq为d‑q轴的电压，id、iq分别为d‑q轴的电流；ωr、rs分别为电机转速和定子电阻；λd和λq分别为d‑q轴的磁链；Ld和Lq分别为转子电感在d‑p轴的等效分量；Ls为定子电感；λm为永磁体的磁链；(2)采用磁场定向控制FOC系统，将永磁同步电机转换为单独激励的等效直流电机；(3)利用两个霍尔传感器采集电机定子电流信号ia、ib，利用三相电流失量和为零算出第三相定子电流信号ic，利用电压采样电路采集驱动器直流母线电压Udc，并根据驱动器三相逆变器的开关函数计算出定子电压Us；通过Clarke、park变换将三相静止坐标系下的定子电流ia、ib、ic和定子电压va、vb、vc转换至两相dq静止坐标系下的定子电流id、iq和定子电压vd、vq；其中id，iq与待估算的电机转速ωr为EKF的状态变量，定子电压vd、vq为输入变量，输出变量为id、iq，其具体公式如下：永磁同步电机中的动态方程为：根据上述方程，写成状态空间表达的形式：上述方程的离散时间表示如下：其中，在任意采样时刻k，Rs为转子电阻，pn是微分算子，Ts为时间常数，J为转动惯量，B为粘滞系数，Ld和Lq分别为转子电感在d‑p轴的等效分量；(4)设计EKF的滤波器参数：初始状态x(0)、初始状态P(0)、协方差矩阵Q和协方差矩阵R；协方差矩阵Q反映了系统的不确定性和扰动，协方差矩阵R反映了由电流传感器等引入的测量噪声；通过迭代搜索方式获得这些系数值，从而获得最优性能估计；(5)EKF模块所估计的d轴电流id、q轴电流iq和转速ωr与实际值的平方误差积分，进行加权后作为目标函数F，表达式为：F＝w1e1+w2e2+w3e3       (19)其中，w1＝0.225，w2＝0.3，w3＝0.475。