[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

摘要

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ia、ib和驱动器直流母线电压Udc，转换到d、q坐标系下的id、iq、Ud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Uerr，将产生的电压误差Uerr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ωr，将转子速度ωr进行积分得到转子角度θr；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。

主权项

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ia和ib，利用电压采样电路采集驱动器直流母线电压Udc；（ii）通过Clarke变换和Park变换将定子电流ia和ib转换到d、q坐标系下的电流id和iq；根据采样的母线电压Udc获得d轴电压Ud；（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Uerr，将误差量Uerr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ωr；（iv）将观测器观测出的电机转子速度ωr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ωr进行积分计算得到电机转子角度θr，将得到的转子角度θr代入（ii）中的Park变换进行迭代计算，得到id和iq，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：                                  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：         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：               式三通常的由式4作为PI调节器的输入，通过PI调节器的调节输出转子速度，如下式4所示：           式四然而，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，本发明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：       式五因此，实际本发明生成的电机转子速度采样如下式6的方程：             式六对于观测出来的转子速度ωr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ωr的估测；对于电机转子角度θr，由转子速度ωr进行积分得到，如下面式7所示：                                                    式七其中：Rs为电机定子直流电阻；id为d轴电流分量；iq为q轴电流分量；Ud为d轴电压；ωr为转子速度；Ld、Lq分别为电机直轴、交轴电感；Ψf为电机转子磁链；为转子角度；θerr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；Kp为PI调节控制器的比例系数；Ki为PI调节控制器的积分系数。