[发明专利]基于霍尔传感器的永磁同步电机转子位置和速度估计方法

说明书

一种基于霍尔传感器的永磁同步电机转子位置和速度估计方法，1)依据安装在永磁同步电机定子上的霍尔传感器输出的信号，得到一系列离散的电角度值；2)将六个连续的离散电角度值做最小二乘算法拟合得到连续的电角度信息，以用来进行坐标变换和作为滑模观测器的输入；3)将采样的三相电流值通过坐标变化得到d轴电流值、q轴电流值，按照同步坐标系下的电磁转矩方程计算电磁转矩；4)依据电机的机械运动方程设计滑模观测器,观测转子的电角速度和负载转矩；5)将S4观测的电角速度作为转速环的反馈，观测的负载转矩值前馈至q轴电流环。本发明有效地估计转子位置和负载转矩，减小了位置和速度的估计误差，增强了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及工业电动车辆电机控制领域，特别是涉及到基于霍尔传感器的永磁同步电机转子位置和速度估计方法。

背景技术

近年来，永磁同步电机由于功率密度高、效率高、体积小等诸多优势在工业电动车辆领域逐渐普及。永磁同步电机矢量控制需要精确的位置和速度信息来保证控制性能。光电编码器、旋转变压器等高精度位置传感器通常安装在电机转子的轴端，但它们也容易受到环境干扰，从而降低了系统的可靠性，并且受到系统规模和成本的限制。无速度传感器控制方案易对电机参数敏感，受电流采样精度的影响，并且低速会导致额外的电机损耗、噪音和振动。因此，永磁同步电机采用霍尔传感器作为位置传感器可以保证电机性能，有效控制系统成本，提高系统可靠性。在一个电周期内，三个霍尔传感器只能提供六个离散的位置信号，传统的平均速度估计法当电机以非匀速运行时，位置估计效果会变差，高速时速度估计噪声大，低速时速度估计存在时间滞后。同高精度编码器和无速度传感器控制相比，霍尔传感器是低成本和控制性能的保证。针对低分辨率霍尔传感器会降低矢量控制方案中位置和速度计算的准确性，因此本专利提出一种新的位置和速度估计方案，以提高位置和速度的估计精度，同时，将估计的负载转矩作为电流环的前馈量，以提高系统的抗干扰性能。

发明内容

为了解决上述存在问题。本发明提供基于霍尔传感器的永磁同步电机转子位置和速度估计方法，该方法结合了基于非模型的最小二乘算法和基于模型的滑模观测器来有效地估计转子位置和负载转矩，减小了位置和速度的估计误差，增强了系统的鲁棒性。

本发明提供基于霍尔传感器的永磁同步电机转子位置和速度估计方法，具体步骤如下：

S1、依据安装在永磁同步电机定子上的霍尔传感器输出的信号，得到一系列离散的电角度值；

S2、将六个连续的离散电角度值做最小二乘算法拟合得到连续的电角度信息，以用来进行坐标变换和作为滑模观测器的输入；

S3、将采样的三相电流值通过坐标变化得到d轴电流值、q轴电流值，按照同步坐标系下的电磁转矩方程计算电磁转矩；

S4、依据电机的机械运动方程设计滑模观测器,观测转子的电角速度和负载转矩；

S5、将S4观测的电角速度作为转速环的反馈，观测的负载转矩值前馈至q轴电流环。

作为本发明进一步改进，所述步骤S2具体如下：

S2.1、选取六个连续的霍尔离散电角度值作为拟合数据，拟合窗口随电机的转动而移动。

S2.2、考虑到估计效率和估计精度，拟合次数设置为二次，具体地，拟合表达式如下：

θ(t)＝a₂t²+a₁t+a₀ (1)

其中a₀、a₁、a₂是待求解的系数，t是时间，θ(t)是拟合得到的连续电角度值。

S2.3、按照使拟合的电角度和实际的电角度的误差的平方和最小的原理，构建如下方程来求解系数：