所屬的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的存儲裝置、處理裝置的具體工作過程及有關(guān)說明，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的模塊、方法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，軟件模塊、方法步驟對應(yīng)的程序可以置于隨機存儲器(ram)、內(nèi)存、只讀存儲器(rom)、電可編程rom、電可擦除可編程rom、寄存器、硬盤、可移動磁盤、cd-rom、或內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲介質(zhì)中。為了清楚地說明電子硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以電子硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應(yīng)認為超出本發(fā)明的范圍。術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不是用于描述或表示特定的順序或先后次序。術(shù)語“包括”或者任何其它類似用語旨在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備/裝置不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其它要素，或者還包括這些過程、方法、物品或者設(shè)備/裝置所固有的要素。至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征做出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

背景技術(shù)：

1、高速永磁同步電機(high-speed?permanent?magnet?synchronous?motor，hpmsm)具有高功率密度、高效率和高轉(zhuǎn)矩重量比等優(yōu)勢，在新能源汽車驅(qū)動、飛輪儲能、航空發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。為了實現(xiàn)永磁電機的高性能控制，需要實時獲取轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置信息。在傳統(tǒng)的永磁電機驅(qū)動控制系統(tǒng)中，對轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測通常采用轉(zhuǎn)子軸上安裝機械傳感器的方法，如光電編碼器、霍爾傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器和感應(yīng)同步器等。上述傳感器與電機轉(zhuǎn)子同軸安裝并隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，隨著電機轉(zhuǎn)速的不斷升高，安裝機械傳感器變的越來越困難，尤其是當電機的最高運行轉(zhuǎn)速超過50000r/m時，已無法找到滿足高轉(zhuǎn)速運行條件的傳感器。

2、為了解決上述問題，采用軟件，即無位置傳感器的方法進行轉(zhuǎn)速和位置信號觀測是當前唯一可行的方法。觀測方法很多，基于滑模觀測器的轉(zhuǎn)速和位置信號觀測方法獲得了較為廣泛的應(yīng)用。永磁同步電機根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，分為表貼式永磁同步電機和凸極式永磁電機兩類，由于dq軸電感l(wèi)d和lq的大小關(guān)系不同，兩類電機的電壓方程無法統(tǒng)一表達，基于電壓方程建立的滑模觀測器也具有不同的結(jié)構(gòu)形式，比如，專利cn202310615384.7表貼式永磁同步電機全速域無位置傳感器復(fù)合控制方法”公開了一種表貼式永磁同步電機全速域無位置傳感器控制方法，其提出的滑模觀測器只針對表貼式電機有效，無法推廣到凸極式永磁電機中；另外，永磁電機的電壓方程包含了電感、定子電阻等參數(shù)，電機運行過程中隨工況不同上述參數(shù)會發(fā)生變化，尤其是電感參數(shù)的變化范圍較大，電感變化對觀測精度的影響無法忽略，專利cn202310264231.2一種永磁同步電機的無位置傳感器控制方法及裝置公開了一種基于滑模觀測器的永磁同步電機的無位置傳感器控制方法，并未考慮電機運行過程中電感等參數(shù)隨工況不同發(fā)生變化條件下對控制效果的影響。綜上所述，滑模觀測器法本質(zhì)上是一種基于模型的狀態(tài)觀測法，其基本原理是基于永磁電機的電壓方程構(gòu)建觀測器實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子位置角度的辨識，并通過轉(zhuǎn)子位置角度實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的計算?，F(xiàn)有滑模觀測器技術(shù)主要針對表貼式永磁同步電機，由于表貼式和凸極式永磁電機數(shù)學(xué)模型表達形式的不同，基于表貼電機數(shù)學(xué)模型所建立的滑模觀測器并不適用于凸極式電機。為滿足凸極式永磁電機的無位置傳感器控制的需要，需要構(gòu)建專門針對凸極電機的滑模觀測器，表貼式永磁電機和凸極式永磁電機的滑模觀測器的數(shù)學(xué)形式及滑模參數(shù)均不同，無法實現(xiàn)統(tǒng)一；機電感參數(shù)時變對觀測精度的影響很大，電機的d、q軸電感的數(shù)值與電機的驅(qū)動電流和繞組溫度均存在非線性關(guān)聯(lián)，通過實際測量的方式進行獲取難度很大，作為常用的解決方案，現(xiàn)有技術(shù)主要通過在線辨識法對電感參數(shù)進行實時計算，存在計算量大，且某些工況下電感辨識結(jié)果受轉(zhuǎn)子位置誤差的影響而無法準確收斂的問題，不適用于無位置傳感器運行條件。

3、因此，如何提供一種永磁同步電機的滑模觀測器的通用型建模方法，實現(xiàn)對表貼式和凸極式兩種類型永磁電機的轉(zhuǎn)子位置和速度觀測器模型的普適統(tǒng)一表達；實現(xiàn)觀測器模型中電機電感等參數(shù)的便捷、高精度的獲取辨識，都是進行高速永磁同步電機無位置傳感器運行控制實用化過程中亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即現(xiàn)有的無位置傳感器的永磁同步電機轉(zhuǎn)子電感估測方法不同電機類型無法通用、參數(shù)的變化范圍較大和未考慮電感參數(shù)隨工況發(fā)生變化對控制效果的影響的問題，所述方法包括：

2、步驟s1，采集電機的dq軸電流組合(idi,iqj)和確定電感的標稱值lq0；其中，idi表示在0～額定電流范圍內(nèi)任取n個不同的d軸電流值，iqj表示在0～額定電流范圍內(nèi)任取n個不同的q軸電流值；lq0為電感的標稱值，在電機不通電條件下由電感表測得；

3、步驟s2，基于電機的dq軸電流組合(idi,iqj)，通過滑模觀測器獲得修正反電勢濾波輸出值計算電機轉(zhuǎn)子位置角的觀測值和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度ωe的觀測值

4、所述滑模觀測器，為基于修正磁鏈和修正反電勢優(yōu)化獲得的改進的永磁電機電壓模型構(gòu)建，并根據(jù)所述改進的永磁電機電壓模型轉(zhuǎn)化為改進的永磁電機電流模型進而構(gòu)建的電機轉(zhuǎn)子位置與速度的普適型滑模觀測器模型；

5、步驟s3，通過預(yù)先埋設(shè)的溫度傳感器進行電機定子電阻的辨識，進而獲得多個離散辨識電感值

6、步驟s4，基于多個所述離散辨識電感值進行二次多項式擬合，獲得電感辨識值

7、進一步的，所述基于修正磁鏈和修正反電勢優(yōu)化獲得的改進的永磁電機電壓模型具體為：

8、對永磁同步電機在dq坐標系下的電壓方程引入修正磁鏈ψa＝(ld-lq)id+ψf；

9、所述永磁同步電機在dq坐標系下的電壓方程為：

10、

11、其中l(wèi)d表示電機d軸電感，lq表示電機q軸電感，id表示電機定子d軸電流矢量，iq表示電機定子q軸電流矢量，ψf表示永磁磁鏈，ud表示電機定子d軸電壓，uq表示電機定子q軸電壓，rs表示電機定子的電阻，t表示時間，ωe表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度；

12、引入修正磁鏈ψa＝(ld-lq)id+ψf后獲得dq坐標系下的改進的永磁電機電壓方程為：

13、

14、將改進的永磁電機電壓方程寫為矩陣形式的方程為：

15、

16、轉(zhuǎn)換到αβ坐標系下的矩陣形式的改進的永磁電機電壓方程為：

17、

18、其中，ψaα表示修正磁鏈在α坐標軸上的分量，ψaβ表示修正磁鏈在β坐標系中的分量；

19、

20、θe表示電機轉(zhuǎn)子位置角真實值；

21、微分后獲得修正磁鏈在αβ坐標系下的展開式為：

22、

23、d＝ddt表示微分符號；

24、由于機械系統(tǒng)的時間常數(shù)遠大于電氣系統(tǒng)的時間常數(shù)，將修正磁鏈在αβ坐標系下的展開式的等號右邊第二項忽略，獲得簡化后的修正磁鏈在αβ坐標系下的方程矩陣：

25、

26、得到αβ坐標系下基于修正磁鏈的改進的電壓方程：

27、

28、展開獲得電機定子電壓矢量在αβ坐標軸上的分量uα和uβ：

29、

30、其中，eα表示基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在α坐標軸上的分量，eβ基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在β坐標軸上的分量；

31、

32、其中，ρ＝lq/ld表示永磁電機的凸極率，對于表貼式電機ρ＝1，凸極式電機ρ>1。

33、進一步的，所述改進的永磁電機電流模型，具體為：

34、

35、uα和uβ分別表示電機定子電壓矢量在αβ坐標軸上的分量，iα和iβ分別表示電機定子電流矢量在αβ坐標軸上的分量，eα表示基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在α坐標軸上的分量，eβ基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在β坐標軸上的分量，lq表示電機q軸電感，ld表示電機d軸電感，rs表示電機定子的電阻。

36、進一步的，所述普適型滑模觀測器模型，具體為：

37、基于所述改進的永磁電機電流模型，將其中的電流矢量和修正反電勢更換為觀測值，得到滑模觀測器：

38、

39、其中表示定子電流在α坐標軸上的分量iα的觀測值，表示定子電流在β坐標軸上的分量iβ的觀測值，vα表示基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在α坐標軸上的分量eα的觀測值，vβ表示基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在β坐標軸上的分量eβ的觀測值；

40、通過前向歐拉法對所述滑模觀測器進行離散化，獲得離散化的滑模觀測器：

41、

42、k表示離散狀態(tài)下的當前時刻；k+1表示離散狀態(tài)下的下一時刻，ts表示離散化周期，表示k時刻定子電流在α坐標軸上的分量iα的觀測值，表示k時刻定子電流在β坐標軸上的分量iβ的觀測值，vα(k)表示k時刻基于修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在α坐標軸上的分量eα的觀測值，vβ(k)基于k時刻修正磁鏈ψa計算的修正反電勢在β坐標軸上的分量eβ的觀測值；

43、通過離散化的滑模觀測器表示k+1時刻的α和β軸的定子電流觀測值和為：

44、

45、基于所述改進的永磁電機電流模型和滑模觀測器獲得定子電流誤差方程：

46、

47、表示α坐標軸上的定子電流觀測誤差，表示β軸上的定子電流觀測誤差，表示α坐標軸上的定子電流觀測量，表示β坐標軸上的定子電流觀測量，iα表示電機定子電流矢量在α坐標軸上的分量，iβ表示電機定子電流矢量在β坐標軸上的分量；

48、定義滑?？刂坡蔀椋?/p>

49、

50、η為滑模增益；sign為符號函數(shù)；

51、構(gòu)造滑模面s為：

52、

53、s表示滑模面，sα表示滑模面s在α坐標軸上的分量，sβ表示滑模面s在β坐標軸上的分量；

54、當電流觀測器中的定子電流觀測量運動到滑模面之后，定子電流觀測量會一直在滑模面上運動，可得s＝ds/dt＝0，則由滑?？刂频牡刃Э刂圃砜傻眯拚沛湨譨計算的修正反電勢的觀測量為：

55、

56、基于所述修正磁鏈ψa計算的修正反電勢的觀測量，通過低通濾波器輸出，獲得修正反電勢濾波輸出值：

57、

58、表示vα濾波后的輸出值，表示vβ濾波后的輸出值，ωc表示低通濾波器的截止頻率；

59、基于修正反電勢濾波輸出值計算電機轉(zhuǎn)子位置θe的觀測值和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度ωe的觀測值

60、

61、arctan為反正切函數(shù)。

62、進一步的，所述通過預(yù)先埋設(shè)的溫度傳感器進行電機定子電阻的辨識，具體為：

63、

64、為定子電阻rs的辨識結(jié)果，常溫25℃時μ為銅的電阻溫度系數(shù)，μ＝0.00393；t為溫度傳感器輸出的電機定子實時溫度值，為常溫25℃時電機定子電阻，可以使用電阻電橋測得。

65、進一步的，所述離散辨識電感值其獲得方法包括：

66、構(gòu)建離散辨識電感值的二次多項表達式：

67、

68、離散辨識電感值含義為q軸電感l(wèi)q的辨識結(jié)果，f(id,iq)表示隨電流id、iq變化的函數(shù)表達式，b20,b02,b11,b10,b01,b00表示待求解的電感解析表達式系數(shù)；

69、時，電機轉(zhuǎn)子位置角真實值θe和電機轉(zhuǎn)子位置估計值之間的誤差θerr趨于零：

70、

71、其中電機轉(zhuǎn)子位置角真實值θe通過電機轉(zhuǎn)子上安裝的旋轉(zhuǎn)變壓器測得。

72、進一步的，所述步驟s3，具體為：

73、步驟s31，對于電機的dq軸電流組合(idi,iqj)，以遍歷的方式，辨識電感值由初始值0.05lq0開始，判斷電機轉(zhuǎn)子位置角估計值與電機轉(zhuǎn)子位置角真實值θe是否滿足設(shè)定閾值

74、其中idi∈(0,id_nom)，i＝1,2,...,n；

75、iqj∈(0,iq_nom)，j＝1,2,...,n；

76、id_nom和iq_nom分別為電機d,q軸電流的額定值，n為根據(jù)需要預(yù)設(shè)的正實數(shù)；

77、lq0為電感的標稱值，在電機不通電條件下由電感表測得；

78、步驟s32a，若滿足所述設(shè)定閾值，記錄當前的電機的dq軸電流組合(idi，iqj)對應(yīng)的q軸電感辨識值為：

79、步驟s32b，若不滿足所述設(shè)定閾值，將當前時刻的對應(yīng)的q軸電感辨識值以設(shè)定步長δ＝0.05lq0，增加待辨識電感的取值；

80、步驟s33，重復(fù)步驟s31至步驟s32，直至遍歷所有的工況獲得離散辨識電感值

81、

82、

83、lqij＝f(idi,iqj)表示電機的dq軸電流組合為(idi,iqj)時的q軸電感辨識值，序號i,j取值為，i＝j(luò)＝1,2,...,n；

84、采用id＝0的控制方式時，idi＝0對于任意i＝1,2,...,n均成立，獲得簡化的離散辨識電感值為：

85、

86、其中，lqij＝f(idi,iqj)表示電機的dq軸電流組合為(idi,iqj)時的q軸電感辨識值，i＝j(luò)＝1,2,...,n；f(0,iqj)表示電機的dq軸電流組合為(idi＝0,iqj)時的q軸電感辨識值，j＝1,2,...,n。

87、進一步的，所述步驟s4，具體包括：

88、所述離散辨識電感值的二次多項表達式中的待求解的電感解析表達式系數(shù)滿足系數(shù)條件：

89、

90、獲得電感解析表達式系數(shù)滿足系數(shù)的解為：

91、

92、求解獲得的離散辨識電感值作為電感辨識值。

93、進一步的，所述方法還包括根據(jù)所述電感辨識值控制永磁電機轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速觀測的步驟s5；

94、所述步驟s5，基于所述電感辨識值和定子電阻rs的辨識結(jié)果修正所述定子電流誤差方程，獲得修正的定子電流誤差方程：

95、

96、表示α坐標軸上的定子電流觀測誤差，表示β軸上的定子電流觀測誤差，表示α坐標軸上的定子電流觀測量，表示β坐標軸上的定子電流觀測量，iα表示電機定子電流矢量在α坐標軸上的分量真實值，iβ表示電機定子電流矢量在β坐標軸上的分量真實值；

97、基于所述修正的定子電流誤差方程計算修正反電勢矢量的αβ坐標軸上的分量的觀測量：

98、

99、將修正反電勢矢量的αβ坐標軸上的分量的觀測量進行濾波后輸出：

100、

101、表示vα濾波后的輸出值，表示vβ濾波后的輸出值，ωc表示低通濾波器的截止頻率；

102、根據(jù)vα濾波后的輸出值和vβ濾波后的輸出值計算電機轉(zhuǎn)子位置θe的觀測值和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度ωe的觀測值

103、

104、通過電機轉(zhuǎn)子位置θe的觀測值和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度ωe的觀測值對電機進行控制。

105、本發(fā)明的另一方面，提供一種高速永磁同步電機無位置傳感器電感辨識系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

106、工況采集模塊，配置為采集電機的dq軸電流組合(idi,iqj)和確定電感的標稱值lq0；其中idi表示在0～額定電流范圍內(nèi)任取n個不同的d軸電流值，iqj表示在0～額定電流范圍內(nèi)任取n個不同的q軸電流值；lq0為電感的標稱值，在電機不通電條件下由電感表測得。

107、轉(zhuǎn)子位置和電角速度預(yù)測模塊，配置為于電機的dq軸電流組合(idi,iqj)，通過滑模觀測器獲得修正反電勢濾波輸出值計算電機轉(zhuǎn)子位置θe的觀測值和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度ωe的觀測值

108、所述滑模觀測器，為基于修正磁鏈和修正反電勢優(yōu)化獲得的改進的永磁電機電壓模型構(gòu)建，并根據(jù)所述改進的永磁電機電壓模型轉(zhuǎn)化為改進的永磁電機電流模型進而構(gòu)建的電機轉(zhuǎn)子位置與速度的普適型滑模觀測器模型；

109、離散辨識電感值計算模塊，配置為通過預(yù)先埋設(shè)的溫度傳感器進行電機定子電阻的辨識，進而獲得多個離散辨識電感值

110、擬合模塊，配置為基于多個所述離散辨識電感值進行二次多項式擬合，獲得電感辨識值

111、本發(fā)明的有益效果：

112、(1)本發(fā)明提供了一種基于所提滑模觀測器實現(xiàn)電機q軸電感辨識方法，所設(shè)計的滑模觀測器除具備電機轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速觀測功能外，還可以實現(xiàn)q軸電感l(wèi)q的精確辨識，并規(guī)避了傳統(tǒng)方法進行電感辨識時的繁瑣過程，提高了電感辨識的精度、降低了辨識的工作量。

113、(2)本發(fā)明提供的永磁同步電機無位置傳感器電感辨識方法，給出了一種同時適用于表貼式永磁電機和凸極式永磁電機滑模觀測器的普適統(tǒng)一形式，所提觀測器模型精度不受電機d軸電感l(wèi)d變化的影響，有效的降低了所提方法的參數(shù)依賴性，實現(xiàn)了高速永磁同步電機的無位置傳感器的準確位置估測。

114、(3)本發(fā)明所提方法在永磁同步電機實用化無位置控制策略設(shè)計以及電機相關(guān)電感參數(shù)辨識精度等方面較已有技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢，所提出的思路還可以為分析相關(guān)控制問題、設(shè)計控制策略提供有益的借鑒。

115、(4)本發(fā)明構(gòu)建的永磁電機改進電流模型，不包含d軸電感l(wèi)d，能夠適用于表貼式電機(ld＝lq)和凸極式電機(ld<lq)。

116、(5)本發(fā)明利用所建立的普適型統(tǒng)一滑模觀測器進行電機電感辨識的方法，可以高效的實現(xiàn)電機q軸電感l(wèi)q在不同電流下的自動辨識，將辨識出的電感應(yīng)用到所提的滑模觀測器中，可實現(xiàn)永磁電機轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的高精度估測，進而提高高速永磁同步電機無位置傳感器運行的控制精度。