本技術(shù)涉及同步電機(jī)控制，尤其是指一種同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、同步電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制可分為基于基波模型和基于凸極特性?xún)深?lèi)。前者用于中高速領(lǐng)域，通常采用滑模觀(guān)測(cè)器或擾動(dòng)觀(guān)測(cè)器等方法觀(guān)測(cè)同步電機(jī)反電勢(shì)或磁鏈，以獲取轉(zhuǎn)子位置。常使用基于同步電機(jī)凸極特性的高頻注入法，通過(guò)提取高頻響應(yīng)中的位置信息，提高轉(zhuǎn)子位置觀(guān)測(cè)的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有高頻注入法的降噪策略有三種方法：幅值調(diào)整法、頻率調(diào)整法和隨機(jī)注入法。

2、幅值調(diào)整法是通過(guò)適當(dāng)降低注入電壓信號(hào)幅值達(dá)到降噪的目的。然而，含有轉(zhuǎn)子位置信息的高頻電流響應(yīng)的信噪比也隨之變低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置誤差的增加。頻率調(diào)整法是通過(guò)改變注入信號(hào)的頻率，將引入的高頻噪音避開(kāi)人耳敏感的聽(tīng)覺(jué)范圍。升高或降低注入頻率能有效地減少噪音的污染。然而，較高的電壓注入頻率對(duì)于功率器件開(kāi)關(guān)速度和控制芯片處理性能要求較高，導(dǎo)致附加的開(kāi)關(guān)損耗較大，不適用于主流的同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；較低的電壓注入頻率則會(huì)導(dǎo)致其電流響應(yīng)頻率偏低，增大了濾波器的設(shè)計(jì)難度，難以與同步電機(jī)基頻電流相分離。一方面會(huì)使得高頻響應(yīng)通過(guò)電流環(huán)引入到控制回路，影響同步電機(jī)控制性能，另一方面增大了轉(zhuǎn)子位置信息的提取難度，導(dǎo)致估算位置誤差增大。隨機(jī)注入法的核心思想是將固定頻率高頻注入法中的固定頻率處的高能量信號(hào)均勻地分散至周邊頻率，降低該頻率處的能量幅值，從而實(shí)現(xiàn)噪音柔和、削弱噪音的效果。

3、為了避免注入信號(hào)帶來(lái)的噪音干擾和附加損耗問(wèn)題，無(wú)需額外信號(hào)注入的無(wú)位置傳感器控制方法受到廣泛研究。當(dāng)同步電機(jī)運(yùn)行在零低速時(shí)，由于同步電機(jī)反電勢(shì)幅值較低，調(diào)制過(guò)程中的零矢量占比較大，可忽略電壓方程中施加的電壓變量，獲得簡(jiǎn)化后的電阻-電感電路的同步電機(jī)模型。零矢量檢測(cè)技術(shù)通過(guò)檢測(cè)零矢量作用期間的電流變化率，提取轉(zhuǎn)子的位置信息，實(shí)現(xiàn)同步電機(jī)的無(wú)感控制。然而，這類(lèi)方法依賴(lài)于較高的電流采樣精度和采樣頻率，需要根據(jù)輕載和重載實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)觀(guān)測(cè)模型，對(duì)于大多數(shù)同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)并不通用。

4、對(duì)于全速域的控制需求下，常規(guī)的無(wú)感策略是采用加權(quán)法或滯環(huán)法將基波模型和凸極模型兩類(lèi)位置觀(guān)測(cè)器復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)全速域下的位置觀(guān)測(cè)。然而，當(dāng)同步電機(jī)處于頻繁調(diào)速工況時(shí)，兩類(lèi)位置觀(guān)測(cè)器頻繁切換，容易導(dǎo)致切換過(guò)程中估算轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信息的振蕩，降低了其暫態(tài)控制性能。此外，兩種位置觀(guān)測(cè)器要單獨(dú)的設(shè)計(jì)和參數(shù)整定，極大增加了算法復(fù)雜度。

5、綜上，傳統(tǒng)的高頻注入法會(huì)產(chǎn)生附加損耗高和噪音刺耳的問(wèn)題，且僅能應(yīng)用于零低速情況；采用加權(quán)法或滯環(huán)法的復(fù)合全速域無(wú)位置傳感器控制方法需要分別在零低速域和中高速域下獨(dú)立設(shè)計(jì)和整定兩類(lèi)觀(guān)測(cè)器，導(dǎo)致算法復(fù)雜性較高；改進(jìn)的隨機(jī)高頻注入法雖可以將刺耳噪音柔和化，但噪音抑制效果有限，仍會(huì)引入幅值較高的類(lèi)似白噪音的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，且僅限于零低速工況；現(xiàn)有的無(wú)額外信號(hào)注入的零矢量檢測(cè)法雖然可以有效改善聽(tīng)覺(jué)噪音和附加損耗問(wèn)題，但其依賴(lài)于較高的電流檢測(cè)精度和采樣頻率，缺乏通用性，且僅適配于零低速工況，無(wú)法滿(mǎn)足全速域需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本技術(shù)的目的在于提供一種同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法，在電機(jī)全速域范圍下均能獲得準(zhǔn)確的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信息，在全速域控制過(guò)程中無(wú)附加損耗且噪聲低。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供一種同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法，包括：

3、獲取電機(jī)在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的α軸電流和β軸電流，基于α軸電流和β軸電流確定當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的α軸電流變化率和β軸電流變化率；

4、獲取電機(jī)在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)α軸電壓和β軸電壓；

5、構(gòu)建靜止坐標(biāo)系下電機(jī)的α軸和β軸電壓方程組，基于電壓方程組構(gòu)建轉(zhuǎn)子的電角速度和轉(zhuǎn)子位置角的代價(jià)函數(shù)，對(duì)代價(jià)函數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算，其中，

6、針對(duì)每一次迭代，設(shè)置當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值，以電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值、α軸電流和β軸電流、α軸電流變化率和β軸電流變化率、以及α軸電壓和β軸電壓，計(jì)算得到當(dāng)前次迭代中代價(jià)函數(shù)的值，直到迭代大于等于次數(shù)閾值和/或當(dāng)前次迭代中代價(jià)函數(shù)的值小于函數(shù)值閾值，停止迭代，并將當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值作為最優(yōu)電角速度估算值和最優(yōu)轉(zhuǎn)子位置角估算值；

7、以最優(yōu)電角速度估算值和最優(yōu)轉(zhuǎn)子位置角估算值對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。

8、進(jìn)一步的，對(duì)代價(jià)函數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算，包括：

9、針對(duì)每一次迭代，以當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值作為當(dāng)前迭代點(diǎn)，計(jì)算代價(jià)函數(shù)在當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度；

10、基于預(yù)設(shè)的初始學(xué)習(xí)率、當(dāng)前次迭代之前的所有次迭代過(guò)程中產(chǎn)生的梯度，確定代價(jià)函數(shù)當(dāng)前次迭代的學(xué)習(xí)率；

11、以當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度和當(dāng)前次迭代的學(xué)習(xí)率，對(duì)當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值進(jìn)行更新，得到更新后的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值，并將更新后的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值作為下一次迭代時(shí)所設(shè)置的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值。

12、進(jìn)一步的，計(jì)算代價(jià)函數(shù)在當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度，包括：

13、通過(guò)代價(jià)函數(shù)，利用當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值、α軸電流和β軸電流、α軸電流變化率和β軸電流變化率、以及α軸電壓和β軸電壓，計(jì)算得到代價(jià)函數(shù)在當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度。

14、進(jìn)一步的，構(gòu)建靜止坐標(biāo)系下電機(jī)的α軸和β軸電壓方程組，基于電壓方程組構(gòu)建轉(zhuǎn)子的電角速度和轉(zhuǎn)子位置角的代價(jià)函數(shù)，包括：

15、在靜止坐標(biāo)系下，電機(jī)的電壓方程組為：

16、；

17、其中，為電角速度估算值，為轉(zhuǎn)子位置角估算值，為α軸電流，為β軸電流，為α軸電壓，為β軸電壓，為α軸電流變化率，為β軸電流變化率，為定子電阻，為勵(lì)磁磁鏈，，，和分別為定子d軸電感和q軸電感；

18、基于電壓方程組構(gòu)建轉(zhuǎn)子的電角速度和轉(zhuǎn)子位置角的代價(jià)函數(shù)為：

19、；

20、其中，為迭代次數(shù)。

21、進(jìn)一步的，計(jì)算代價(jià)函數(shù)在當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度，包括：

22、通過(guò)代價(jià)函數(shù)，利用當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值、α軸電流和β軸電流、α軸電流變化率和β軸電流變化率、以及α軸電壓和β軸電壓，計(jì)算得到代價(jià)函數(shù)在當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度為：

23、。

24、進(jìn)一步的，基于預(yù)設(shè)的初始學(xué)習(xí)率、當(dāng)前次迭代之前的所有次迭代過(guò)程中產(chǎn)生的梯度，確定當(dāng)前次迭代的學(xué)習(xí)率，包括：

25、設(shè)置初始學(xué)習(xí)率為，當(dāng)前次迭代的學(xué)習(xí)率表示為：

26、；

27、；

28、其中，表示第次迭代時(shí)的梯度平方的指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均值，為正常數(shù)，β表示衰減率，初始值，表示矩陣的元素乘法，初始學(xué)習(xí)率為一常數(shù)值。

29、進(jìn)一步的，以當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度和當(dāng)前次迭代的學(xué)習(xí)率，對(duì)當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值進(jìn)行更新，得到更新后的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值，包括：

30、根據(jù)當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值、當(dāng)前次迭代的學(xué)習(xí)率和當(dāng)前迭代點(diǎn)的梯度，計(jì)算得到更新后的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值：

31、。

32、進(jìn)一步的，獲取電機(jī)在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的α軸電壓和β軸電壓，包括：

33、獲取同步電機(jī)的d、q軸的參考電壓、，通過(guò)park逆變換得到α、β軸參考電壓、，park逆變換公式為：

34、；

35、其中，為估算的轉(zhuǎn)子位置角，

36、根據(jù)同步電機(jī)三相電流流向分布，并根據(jù)實(shí)際電壓與三相電流之間的補(bǔ)償關(guān)系，獲取α軸電壓和β軸電壓，具體補(bǔ)償如下：

37、若三相電流流向、、時(shí)，α軸電壓和β軸電壓為：

38、；

39、若三相電流流向、、時(shí)，α軸電壓和β軸電壓為：

40、；

41、若三相電流流向、、時(shí)，α軸電壓和β軸電壓為：

42、；

43、若三相電流流向、、時(shí)，α軸電壓和β軸電壓為：

44、；

45、若三相電流流向、、時(shí)，α軸電壓和β軸電壓為：

46、；

47、若三相電流流向、、時(shí)，α軸電壓和β軸電壓為：

48、；

49、其中，為α軸參考電壓，為β軸參考電壓，為開(kāi)關(guān)周期，為死區(qū)時(shí)間，為母線(xiàn)電壓。

50、本技術(shù)還提供一種同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制裝置，該裝置包括：

51、第一獲取模塊，用于獲取電機(jī)在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的α軸電流和β軸電流，基于α軸電流和β軸電流確定當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的α軸電流變化率和β軸電流變化率；

52、第二獲取模塊，用于獲取電機(jī)在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期內(nèi)α軸電壓和β軸電壓；

53、代價(jià)函數(shù)計(jì)算模塊，用于構(gòu)建靜止坐標(biāo)系下電機(jī)的α軸和β軸電壓方程組，基于電壓方程組構(gòu)建轉(zhuǎn)子的電角速度和轉(zhuǎn)子位置角的代價(jià)函數(shù)，對(duì)代價(jià)函數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算，其中，針對(duì)每一次迭代，設(shè)置當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值，以電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值、α軸電流和β軸電流、α軸電流變化率和β軸電流變化率、以及α軸電壓和β軸電壓，計(jì)算得到當(dāng)前次迭代中代價(jià)函數(shù)的值，直到迭代大于等于次數(shù)閾值和/或當(dāng)前次迭代中代價(jià)函數(shù)的值小于等于函數(shù)值閾值，停止迭代，并將當(dāng)前次迭代的電角速度估算值和轉(zhuǎn)子位置角估算值作為最優(yōu)電角速度估算值和最優(yōu)轉(zhuǎn)子位置角估算值；

54、控制模塊，用于以最優(yōu)電角速度估算值和最優(yōu)轉(zhuǎn)子位置角估算值對(duì)電機(jī)進(jìn)行閉環(huán)控制。

55、本技術(shù)還提供一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述的同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法。

56、本技術(shù)通過(guò)將電壓方程的電角速度和轉(zhuǎn)子位置角作為未知估算變量，構(gòu)建基于電壓方程的代價(jià)函數(shù)，利用代價(jià)函數(shù)優(yōu)化算法進(jìn)行尋優(yōu)，從而在電機(jī)全速域范圍下均能獲得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信息，能夠在全速域控制過(guò)程中無(wú)附加損耗且噪聲低，該方法無(wú)額外信號(hào)注入且基于統(tǒng)一模型，無(wú)需多種觀(guān)測(cè)器切換和獨(dú)立整定，具有較強(qiáng)通用性和較低復(fù)雜性。