[发明专利]基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法

权利要求书

1.一种基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1：在速度环中根据转速指令与实际电机转速的误差，通过PI调节器计算电流指令参考值；

步骤2：根据电流传感器采样得到三相电机相电流，通过Clark变换获得α-β轴系下电流，再通过Park变换获得d-q轴实际电流；在d-q轴系下根据d-q轴实际电流和电流指令参考值的比较，并通过PI调节器以及d-q轴解耦计算，获得d-q轴电压指令；

步骤3：在电流环的d-q轴电压指令叠加高频电压信号形成高频注入，获得注入信号后的d-q轴电压指令，在电流环的d-q轴电压指令叠加的高频电压信号根据残差值进行调节，具体为：当残差值低于阈值且稳定时，则降低注入的叠加高频电压信号的幅值；反之，若残差值高于设定阈值且振荡高于阈值时，则提高注入的叠加高频信号的幅值；

步骤4：对注入信号后的d-q轴电压指令进行反Park变换获得α-β轴系下电压指令；α-β轴系下电压指令基于空间矢量脉宽调制方法并通过矢量控制模块，调制得到6路脉宽可调的矩形波，通过驱动器硬件驱动6路开关管，驱动电机旋转；

步骤5：根据α-β轴系下电流、α-β轴系下电压指令，以及上一时刻估计转速ω_re输入位置估计模块，根据损失函数，通过牛顿迭代法，计算出当前转子位置和残差值；转子位置通过锁相环，一方面对噪声造成的估计波动进行滤波，另一方面计算出当前时刻的转子电气角速度；

步骤6：对当前时刻的转子电气角速度进行角度转换得到当前时刻的转子实际角速度，将实际角速度与参考转速ω_ref^*作为速度环的输入，调整输出电流指令参考值，返回步骤2。

2.根据权利要求1所述的基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，其特征在于，步骤2中的d-q轴解耦计算，具体为：

其中u^*_d和u_q^*是d-q轴电压指令，u_d^PI*和u_q^PI*是PI调节器计算出的电压参考指令，L_d和L_q是d-q轴电感，是永磁磁链，ω_re是电机转速，i_d、i_q分别为d-q轴实际电流。

3.根据权利要求2所述的基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，其特征在于，根据损失函数，通过牛顿迭代法，计算出当前转子位置和残差值的具体方法为：

基于α-β轴电压方程建立损失函数；

基于损失函数，在第k次电流采样周期，采用牛顿迭代法计算当前转子位置，具体为：

其中为迭代n次时转子位置的估计值，为迭代n-1次时转子位置的估计值，为牛顿迭代法定义公式，在有限迭代n次时，获得使h(θ_re)最小的估计位置，此时的θ_re就是估计转子位置，将θ_re代入损失函数计算得出的h(θ_re)值，就是所述残差，即Cost值。

4.根据权利要求3所述的基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，其特征在于，α-β轴电压方程具体为：

其中v_α是α轴电压，v_β是β轴电压，R是定子的电阻，p是微分算子，L_α(θ_re)、L_β(θ_re)、L_αβ(θ_re)是电感值在α-β坐标系下的中间变量，随θ_re值发生变化，θ_re是转子位置，i_α和i_β是α-β轴电流。

5.根据权利要求4所述的基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，其特征在于，建立的损失函数为：

其中，和r_a是电阻；T_pk(Δθ_re)是在α-β轴系下的旋转运算，Δθ_re是转子位置改变量，T_s是采样时间，i_α(k)和i_β(k)是第k个电流采样周期α-β轴电流，i_α(k-1)和i_β(k-1)是第k-1个电流采样周期α-β轴电流，ω_re(k-1)是第k-1个电流采样周期的电机转速，L_α(θ_re(k))、L_β(θ_re(k))是L_α(θ_re)、L_β(θ_re)的离散形式。