[发明专利]内嵌式永磁同步电机转子位置角估计方法

说明书

本发明的内嵌式永磁同步电机无转子位置传感器控制系统，其特征在于：采用扩张状态观测器估计和提取通过高频旋转电压注入后包含在电机高频电流中的转子位置角的信息，得到转子位置角的估计值；通过自抗扰控制构建无位置传感器闭环控制系统，并通过对系统中扰动等不确定量的估计对电磁转矩的给定值进行补偿确保系统稳定运行。本发明的有益效果是，不依赖传感器，而通过检测电机电流、电压等物理量来在线实时估计转子位置的永磁同步电机无转子位置传感器控制，节约了成本，还减少了故障发生的概率，提高了系统运行的可靠性。

技术领域

本发明属于内嵌式永磁同步无位置传感器控制领域，涉及一种基于扩张状态观测器和高频旋转电压注入的内嵌式永磁同步电机转子位置角估计方法。

背景技术

永磁同步电机的高性能控制算法中普遍需要实时检测转子的位置和转速，而采用转子位置传感器不仅增加了成本，还增加了故障发生的概率，降低了系统运行的可靠性。因此，不依赖传感器，而通过检测电机电流、电压等物理量来在线实时估计转子位置的永磁同步电机无转子位置传感器控制成为研究的热点。

当前，永磁同步电机无位置传感器控制方法主要有滑模观测器法、模型参考自适应法、高频信号注入法。其中高频旋转电压注入法适用于磁极内嵌式永磁同步电机，对电机的参数变化不敏感，且在电机低速运转和起动时具有较高的转子位置角估计精度，因而该方法在电机起动和低速运转时具有很大的性能优势。基于高频旋转电压注入的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制中，转子位置角估计值的提取方法主要有龙贝格观测器法、锁相环法。自抗扰控制技术自被提出以来，应用范围不断延伸，日益受到重视。自抗扰控制中的扩张状态观测器(Extended State Observer，ESO)能够观测控制系统中难以测量的、未知的变量，并通过对控制量的补偿抑制内、外扰动，达到良好的控制效果。然而，采用扩张状态观测器提取高频旋转电压注入的内嵌式永磁同步电机的转子位置角的方法、以及构建基于自抗扰控制的永磁电机无位置传感器控制系统的方法尚未有人提出。

发明内容

本发明为弥补现有技术的不足，提供了一种基于扩张状态观测器和高频旋转电压注入的内嵌式永磁同步电机无转子位置传感器控制系统以及转子位置角估计方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的内嵌式永磁同步电机无转子位置传感器控制系统，其特征在于：采用扩张状态观测器估计和提取通过高频旋转电压注入后包含在电机高频电流中的转子位置角的信息，得到转子位置角的估计值；通过自抗扰控制构建无位置传感器闭环控制系统，并通过对系统中扰动等不确定量的估计对电磁转矩的给定值进行补偿确保系统稳定运行。

图1中虚线框内为上述构建的自抗扰控制器ADRC。ADRC的输出和作为计算模块的输入，用来计算电压给定的计算方法如下：

首先根据计算然后根据两相旋转坐标系下的电压方程式计算

式中R_s为定子绕组电阻，p为微分算子，ω_r可用代替。L_d、L_q分别表示定子d轴和q轴电感，ψ_f表示转子永磁体磁链。

由ADRC生成，包含了对扰动估计量的补偿部分，即。

用于估计转子位置角的扩张状态观测器(ESO)的方程为：