本發(fā)明涉及基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，屬于電機(jī)無(wú)位置傳感器控制。

背景技術(shù)：

1、隨著交通電氣化的發(fā)展，高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用越來(lái)越大。永磁輔助同步磁阻電機(jī)(pma-synrm)由于具有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效率及低成本特點(diǎn)，得到了廣泛的關(guān)注。由于pma-synrm可以采用較廉價(jià)的鐵氧體材料，且具有更高的退磁溫度和更強(qiáng)的耐用性，所以適合應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)、礦山起重機(jī)和牽引系統(tǒng)中。為了提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)運(yùn)行能力，引入無(wú)位置傳感器控制算法十分重要。

2、基于電機(jī)模型的位置估計(jì)算法大多需要精確的電機(jī)參數(shù)，當(dāng)參數(shù)失配時(shí)將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差的增大。目前模型法中參數(shù)魯棒性較好的有傳統(tǒng)混合型磁鏈觀測(cè)器和非線性磁鏈觀測(cè)器，其中傳統(tǒng)混合型磁鏈觀測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)參方便。但是pma-synrm的參數(shù)非線性較為顯著，因此，進(jìn)一步提升基于混合型磁鏈觀測(cè)器的pma-synrm位置估計(jì)算法的參數(shù)魯棒性十分重要。

3、目前，為了提高模型法的參數(shù)魯棒性，一般有兩種解決方法：一種是結(jié)合在線參數(shù)辨識(shí)的方法；另外一種是優(yōu)化觀測(cè)器結(jié)構(gòu)的方法。其中結(jié)合在線參數(shù)辨識(shí)的方法設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，但在辨識(shí)過(guò)程中需要注入額外信號(hào)而帶來(lái)額外的計(jì)算負(fù)荷。優(yōu)化觀測(cè)器結(jié)構(gòu)的方法，是目前提高無(wú)位置傳感器控制算法參數(shù)魯棒性的主流方法。因此，需要提供一種高參數(shù)魯棒性低位置估計(jì)誤差的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，來(lái)解決傳統(tǒng)混合型磁鏈觀測(cè)器應(yīng)用在pma-synrm上時(shí)存在的因高參數(shù)失配度導(dǎo)致的控制性能下降的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有混合型磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)精度受電機(jī)參數(shù)變化影響大的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法。

2、本發(fā)明的一種基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，

3、基于永磁輔助同步磁阻電機(jī)的電壓模型、電流模型和估計(jì)軸系下的永磁輔助同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型，建立混合型有效磁鏈觀測(cè)器方程；

4、同時(shí)基于估計(jì)軸系下的永磁輔助同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型，建立以有效磁鏈誤差和電機(jī)參數(shù)為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程；

5、根據(jù)所述狀態(tài)方程設(shè)計(jì)基于有效磁鏈誤差的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，用于對(duì)混合型有效磁鏈觀測(cè)器方程中因電機(jī)參數(shù)失配導(dǎo)致的有效磁鏈誤差進(jìn)行觀測(cè)；

6、結(jié)合混合型有效磁鏈觀測(cè)器方程與所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置與速度的觀測(cè)；將轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)值和速度觀測(cè)值反饋到雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)位置傳感器矢量控制。

7、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，永磁輔助同步磁阻電機(jī)的電壓模型、電流模型為：

8、

9、式中為電壓模型的有效磁鏈?zhǔn)噶抗烙?jì)值，uαβ為靜止軸系下定子電壓矢量，uαβ＝[uαuβ]t，uα為靜止軸系下定子電壓α軸分量，uβ為靜止軸系下定子電壓β軸分量，rs為定子電阻，iαβ為靜止軸系下定子電流矢量，iαβ＝[iαiβ]t，iα為靜止軸系下定子電流α軸分量，iβ為靜止軸系下定子電流β軸分量，為d軸電感估計(jì)值；

10、為電流模型的有效磁鏈?zhǔn)噶抗烙?jì)值，為q軸電感估計(jì)值，iδ為估計(jì)軸系下定子電流δ軸分量，為永磁體磁鏈估計(jì)值。

11、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，估計(jì)軸系下的永磁輔助同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型為：

12、

13、式中為有效磁鏈真實(shí)值，u為估計(jì)軸系下定子電壓矢量，i為單位矩陣，為電機(jī)電角速度估計(jì)值，ld為d軸電感真實(shí)值，j為正交矩陣，i為估計(jì)軸系下定子電流矢量，i＝[iγiδ]t，iγ為估計(jì)軸系下定子電流γ軸分量；

14、

15、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，將電壓模型和電流模型的有效磁鏈?zhǔn)噶抗烙?jì)值的差值作為反饋，建立混合型有效磁鏈觀測(cè)器方程為：

16、

17、式中k為反饋增益矩陣，k＝ki，k為增益系數(shù)。

18、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，對(duì)估計(jì)軸系下的永磁輔助同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行變形，建立以有效磁鏈誤差和電機(jī)參數(shù)為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程為：

19、

20、式中為估計(jì)軸系的定子電壓輸入量，fγδ為估計(jì)軸系的擾動(dòng)量；

21、

22、式中為d軸電感誤差值；

23、為電流模型的有效磁鏈誤差矢量；

24、

25、式中為有效磁鏈誤差幅值，為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的位置估計(jì)誤差；

26、

27、式中為q軸電感誤差值，為永磁體磁鏈誤差值。

28、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，基于有效磁鏈誤差的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器為：

29、

30、為估計(jì)軸系下定子電流矢量估計(jì)值，為估計(jì)軸系的擾動(dòng)量估計(jì)值，β1為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的增益一，β2為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的增益二。

31、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，趨近于0，此時(shí)有效磁鏈誤差估計(jì)幅值為：

32、

33、式中為γ軸擾動(dòng)量估計(jì)值，為δ軸擾動(dòng)量估計(jì)值；

34、有效磁鏈誤差估計(jì)矢量為：

35、

36、根據(jù)本發(fā)明的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，將基于有效磁鏈誤差的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)得到的有效磁鏈誤差估計(jì)矢量加入混合型有效磁鏈觀測(cè)器方程的反饋環(huán)路中，實(shí)現(xiàn)對(duì)方程中的有效磁鏈誤差進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償后方程為：

37、

38、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明方法用于實(shí)現(xiàn)高參數(shù)失配度下的電機(jī)無(wú)位置傳感器控制。它通過(guò)建立混合型有效磁鏈觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)；通過(guò)對(duì)電機(jī)電壓方程因參數(shù)失配導(dǎo)致的擾動(dòng)進(jìn)行建模，構(gòu)建起以有效磁鏈誤差和電機(jī)參數(shù)為狀態(tài)變量的全新?tīng)顟B(tài)方程；通過(guò)設(shè)計(jì)基于有效磁鏈誤差的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合型有效磁鏈觀測(cè)器中因電機(jī)參數(shù)失配導(dǎo)致的有效磁鏈誤差的觀測(cè)；通過(guò)設(shè)計(jì)有效磁鏈誤差補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)失配導(dǎo)致的有效磁鏈誤差的補(bǔ)償。相比基于傳統(tǒng)混合型磁鏈觀測(cè)器的位置估計(jì)方法，本發(fā)明方法不依賴(lài)q軸電感參數(shù)與磁鏈參數(shù)，能夠在高參數(shù)失配度下保持低位置估計(jì)誤差和觀測(cè)穩(wěn)定性，具有實(shí)用價(jià)值。

39、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易行，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程不受電機(jī)磁鏈與q軸電感參數(shù)變化的影響，具有高動(dòng)態(tài)性能。為實(shí)現(xiàn)永磁輔助同步磁阻電機(jī)高性能與高參數(shù)魯棒性的無(wú)位置傳感器控制提供了重要保證。

技術(shù)特征：

1.一種基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，永磁輔助同步磁阻電機(jī)的電壓模型、電流模型為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，估計(jì)軸系下的永磁輔助同步磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
一種基于有效磁鏈誤差補(bǔ)償?shù)挠来泡o助同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，屬于電機(jī)無(wú)位置傳感器控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有混合型磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)精度受電機(jī)參數(shù)變化影響大的問(wèn)題。包括：通過(guò)建立混合型有效磁鏈觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)；通過(guò)對(duì)電機(jī)電壓方程因參數(shù)失配導(dǎo)致的擾動(dòng)進(jìn)行建模，構(gòu)建起以有效磁鏈誤差和電機(jī)參數(shù)為狀態(tài)變量的全新?tīng)顟B(tài)方程；通過(guò)設(shè)計(jì)基于有效磁鏈誤差的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)混合型有效磁鏈觀測(cè)器中因電機(jī)參數(shù)失配導(dǎo)致的有效磁鏈誤差的觀測(cè)；通過(guò)設(shè)計(jì)有效磁鏈誤差補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)失配導(dǎo)致的有效磁鏈誤差的補(bǔ)償。本發(fā)明用于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)。

技術(shù)研發(fā)人員：王高林,王楷然,張國(guó)強(qiáng),嚴(yán)云浩,王奇維,徐殿國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10