[发明专利]内嵌式永磁同步电机转子位置角估计方法

摘要

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。

主权项

1.一种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；具体如下：自抗扰控制器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；和分别为d轴和q轴电压的给定值；i_d、i_q分别为d轴和q轴电流检测值；ω_r为转子电角速度；p为微分算子；为电磁转矩给定值；为转子电角速度估计值；表示补偿前的电磁转矩给定值；J为电机轴上的转动惯量；u_1α为注入高频旋转电压的α轴的分量，u_1β为注入高频旋转电压的β轴的分量；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：其中e_θ为转子位置偏差，为转子位置估计值，θ为转子位置实际值；e_θ由高频旋转信号注入法求得；为转子电角速度估计值，Q为系统中扰动的估计值；β₀₁、β₀₂、β₀₃均为大于1的参数；α₁取值0.5；α₂取值0.25；参数δ取值0.05；表示转子位置角估计值的导数，P_n为电机极对数，T_e为电磁转矩，表示未知量的导数估计值；函数fal(ε,α,δ)：式中α为非线性因子；ε一般为系统某变量的偏差；以下为e_θ的计算；在两相静止坐标系下注入高频旋转电压信号：式中，U₁为高频旋转电压信号的幅值，ω₁为电压的角频率；t是时间；产生的高频电流响应在两相静止坐标系下的表达式为：式中i_1α和i_1β分别为高频电流在α、β轴的分量，I_1p和I_1n分别为正、负序分量的幅值；θ为转子位置实际值；t为时间；由本文采用以下方法计算：将i_1α和i_1β代入式计算得将式(6)由两相静止坐标系变换到以电压的角频率‑ω₁旋转的两相负序同步旋转坐标系下，通过高通滤波可滤除式(6)第一项，然后再经过坐标反变换至两相静止坐标系下；这样可得到同样，将i_1α和i_1β代入式可计算得采用与(6)式类似的方法做坐标变换和滤波处理，可得到系统调节过程中，与θ的值非常接近，因而