[发明专利]一种永磁同步电机无速度传感器控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无速度传感器控制方法和系统，包括：构建用于获取电机负载转矩的负载转矩观测器和用于获取电机转速的转速观测器；根据所述负载转矩观测器、所述转速观测器以及构建的可调模型获得电机开环控制系统的截止频率和相位裕度；对所述负载转矩观测器进行参数整定，使所述截止频率和相位裕度满足设定要求；利用经过参数整定的负载转矩观测器获取负载转矩，并将获得的负载转矩输入所述转速观测器获得电机转速；利用获得的负载转矩和电机转速实现电机双闭环控制。本发明的无速度传感器控制方法利用电机机械模型，构建新的自适应率，不仅能够观测电机转速，还能观测负载转矩，简化了电机结构，降低了使用成本。

技术领域

本发明属于永磁同步电机无速度传感器技术领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机无速度传感器控制方法和系统。

背景技术

永磁同步电机因其功率密度高、效率高、可靠性高、控制简单等优点被广泛应用于生产与生活中。在永磁同步电机磁场定向控制中，转速以及转子位置信息是必不可少的。然而，机械式传感器的安装会增加系统硬件的复杂性和成本，并且编码器的安装会增大电机轴向的长度。因此，实现永磁同步电机无速度传感器控制具有较高的实际应用价值，同时获得了国内外学者的大量关注。

永磁同步电机无速度传感器控制方法主要分为以下几种算法：直接计算法、磁链观测器、扩展反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法、高频谐波注入法等。模型参考自适应法其原理是通过比较可调模型与参考模型的输出，并通过一定的自适应律调整可调模型中的待辨识参数使两个模型的输出达到一致。目前，常用的自适应率是通过Popov超稳定性理论设计的。然而，这种方法设计出的模型参考自适应算法只能观测电机的转速，而在电动汽车等应用领域中，上报至上位机的报文中需要提供转子位置以及电机负载转矩等信息，如果使用传统的模型参考自适应算法，只能够观测单一物理量(即转子位置)，因此为了能够同时对转子位置以及电机负载转矩进行同时观测，需要构建新的自适应率来对模型参考自适应算法进行改进。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机无速度传感器控制方法和系统，旨在解决传统的模型参考自适应算法只能观测转子速度，无法观测电机负载转矩的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种永磁同步电机无速度传感器控制方法，包括：

(1)构建用于获取电机负载转矩的负载转矩观测器和用于获取电机转速的转速观测器；

(2)根据所述负载转矩观测器、所述转速观测器以及构建的可调模型获得电机开环控制系统的截止频率和相位裕度；

(3)判断所述截止频率和相位裕度是否满足设定要求，若是，则执行步骤(4)；若否，则对所述负载转矩观测器的控制参数进行整定，并返回执行步骤(2)；

(4)利用经过参数整定的负载转矩观测器获取负载转矩，并根据获取的负载转矩和所述转速观测器获取电机转速；

(5)利用获取的负载转矩和电机转速实现电机双闭环控制。

进一步地，所述步骤(1)具体包括：

根据电机机械模型得到结合负载转矩稳定性条件pT_L＝0，得到状态变量方程：

根据所述状态变量方程，得到负载转矩观测器的输入与输出关系为：

转速观测器的输入与输出关系为：