[发明专利]基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机负载转矩观测方法

说明书

本发明提供基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机负载转矩观测方法，以矢量控制为基础，依据永磁同步电机两相旋转坐标系下的数学模型，得出永磁同步电机用于负载转矩观测的数学模型，将其代入扩展卡尔曼滤波算法中，实现对永磁同步电机负载转矩的观测。本发明的基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机负载转矩观测方法，利用扩展卡尔曼滤波器算法实现对表贴式永磁同步电机负载转矩的实时监测，不仅可以实现无传感器监测永磁同步电机负载转矩，而且结构简单、成本低、具有较强的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机负载转矩观测方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)具有高功率、高能量密度、结构简单的优点，在众多工业领域得到越来越广泛的应用。在控制电机运行时，要使电机能够在全速度范围内和全负载范围内提供精确的转矩控制。除此之外，通过对比给定的指令转矩与驱动电机系统的实际转矩，可以间接反映驱动电机系统的运行状态，推断是否有故障。因此转矩的实时监测不仅是保证控制性能的要求，更是一项重要的安全指标。

传统的转矩测量方法是通过转矩测量仪器来测量转矩，这种测量方法具有测量成本较高，受到仪器精度影响较大，在一些场合会受到安装条件的限制，并且还具有维护不方便，不能实现负载转矩的实时在线监测等缺点。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机负载转矩观测方法，克服了上述现有技术不足，该观测方法具有预测性、自适应能力、抗干扰性、结构简单、易于软件实现、成本低等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机负载转矩观测方法，包括以下步骤：

步骤1：获取表贴式永磁同步电机的实际转度与电机三相电流i_abc，三相电流i_abc经过Clarke变换变换得到静止两相坐标系下电流i_α和i_β，通过Park变换得到旋转两相坐标系下电流i_d和i_q；

步骤2：对电机的给定转速与电机的实际转速的差值进行转速调节器(ASR)调节确定q轴给定电流i_q^*，d轴电流为给定电流i_d^*；

步骤3：将q轴给定电流i_q^*与反馈电流i_q的差值和d轴给定电流i_d^*与反馈电流i_d的差值经过电流调节器(ACR)调节后，得到d和q轴实时电压u_d、u_q；

步骤4：d和q轴实时电压u_d、u_q经过反PARK变换得到α和β轴实时电压u_α、u_β；

步骤5：对α和β轴实时电压u_α、u_β进行SVPWM调制得到脉宽调制波形，将脉宽调制波形送入逆变器对永磁同步电机进行控制，得到实时的三相电流i_abc和三相电压u_abc；

步骤6：将实时电流i_d、i_q，实时电压u_d、u_q以及实时电角速度w_e送入基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的负载转矩观测器中,实现永磁同步电机负载转矩的实时观测。