一種永磁同步電機轉子轉速估計的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及永磁同步電機的控制與應用，具體內容設及一種永磁同步電機轉速估 計方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著電力電子技術、微電子技術、新型電機控制理論與稀±永磁材料的快 速發(fā)展，永磁同步電動機得W迅速的廣泛應用。與傳統(tǒng)的電勵磁同步電機相比，永磁同步電 機，特別是稀±永磁同步電機具有損耗少、效率高、節(jié)電效果明顯的優(yōu)點，在風力發(fā)電、電動 汽車、機器人等領域得到了廣泛應用。
[0003]對永磁同步電機進行控制時，需要知道電機轉子的位置和轉速信息，該通常利用 傳感器來實現(xiàn)。但傳感器的使用既增加了系統(tǒng)成本，又降低了系統(tǒng)運行的可靠性。因此，永 磁同步電機的無位置傳感器控制問題得到了許多學者的關注。永磁同步電機轉速估計，即 利用電機繞組中的電信號，通過適當?shù)姆椒ㄓ嬎愠鲭姍C轉速，從而取代傳感器。
[0004] 目前在永磁同步電機的轉速估計中，擴展Kalman濾波是一種使用較為廣泛的狀 態(tài)估計方法。它提供了一種迭代形式的非線性估計算法，避免了微分運算，而且可W通過 調節(jié)誤差協(xié)方差陣來調節(jié)狀態(tài)估計的收斂速度。但擴展Kalman濾波方法要求系統(tǒng)噪聲 和測量噪聲都為高斯噪聲，對非高斯噪聲魯椿性較差。為提高估計精度，一些學者將無跡 Kalman濾波運用到永磁同步電機系統(tǒng)中，但該方法計算量大，不便于工程實現(xiàn)，且對非高 斯噪聲魯椿性無明顯提高。更有效且方便地提高濾波閉環(huán)系統(tǒng)魯椿性的方法是利用H-控 制方法，利用設計手段的優(yōu)勢來解決濾波系統(tǒng)的問題。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有的永磁同步電機的轉速估計方法的不足，提 供一種永磁同步電機轉子轉速估計的方法。
[0006]本發(fā)明的技術方案是：一種永磁同步電機轉子轉速估計的方法，包括W下步驟： (1) 、將靜止坐標系下永磁同步電機微分方程進行離散化處理，得到描述模型內部關系 的狀態(tài)方程，再選取測量向量得到描述外部關系的測量方程，由狀態(tài)方程和測量方程構成 系統(tǒng)初始離散模型； (2) 、對系統(tǒng)初始離散模型進行降階處理，得到由新的狀態(tài)方程與測量方程組成的簡化 模型； (3) 、將定子參數(shù)加入到簡化模型中，建立由發(fā)電機機電狀態(tài)和定子參數(shù)組成的增廣系 統(tǒng)濾波模型； (4) 、針對步驟（3)中增廣系統(tǒng)濾波模型，利用濾波理論設計濾波器，對電機轉子轉 速與定子參數(shù)進行估計，得到轉速估計值。
[0007] 上述方案中所述步驟（1)中系統(tǒng)初始離散模型為
【主權項】
1. 一種永磁同步電機轉子轉速估計的方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 、將靜止坐標系下永磁同步電機微分方程進行離散化處理，得到描述模型內部關系 的狀態(tài)方程，再選取測量向量得到描述外部關系的測量方程，由狀態(tài)方程和測量方程構成 系統(tǒng)初始離散模型； (2) 、對系統(tǒng)初始離散模型進行降階處理，得到由新的狀態(tài)方程與測量方程組成的簡化 豐旲型； (3) 、將定子參數(shù)加入到簡化模型中，建立由發(fā)電機機電狀態(tài)和定子參數(shù)組成的增廣系 統(tǒng)濾波模型； (4) 、針對步驟（3)中增廣系統(tǒng)濾波模型，利用He-濾波理論設計濾波器，對電機轉子轉 速與定子參數(shù)進行估計，得到轉速估計值。
2. 如權利要求1所述永磁同步電機轉子轉速估計的方法，其特征在于：所述步驟（1) 中系統(tǒng)初始離散樟型為
其中式（1)為描述模型內部關系的狀態(tài)方程，狀態(tài)向量j
-，式 (2)描述外部關系的測量方程，測量向量
：式中
J 靜止《坐標系下電壓與電流，只y為定子電阻，I為定子電感為永磁體磁鏈， 分別為電機轉子角速度與轉子位置，t不系統(tǒng)建模誤 差，以為離散時間間隔。
3. 如權利要求2所述永磁同步電機轉子轉速估計的方法，其特征在于：所述步驟（2) 中降階方法為，只選取x=. [%.逯f作為狀態(tài)變量，獲得如下簡化模型： (3)
式中
；式（3)與式（4)分別為狀態(tài)方程與測量 方程。
4. 如權利要求3所述永磁同步電機轉子轉速估計的方法，其特征在于：所述步驟（3) 中得到增廣系統(tǒng)濾波模型的方法為：將定子參數(shù)加入到系統(tǒng)模型中，4
aj
入增廣狀態(tài)向I
，由此得到增廣系統(tǒng)濾波模 型為
在增廣系統(tǒng)濾波模型式（5)中，&為由轉子位置信息與定子參數(shù)& |且成的新 狀態(tài)向量，其4
良示系統(tǒng)簡化狀態(tài)方程（3); 丨為以新狀態(tài)向 量^1為自變量的測量方程，選取
為測量向量，測量方程與式（4)相同， 但其中 為自變量；.為需要進行濾波估計的狀態(tài)向量，選取為二階單位陣/。
5. 如權利要求1所述永磁同步電機轉子轉速估計的方法，其特征在于：所述步驟（4) 中H〇°濾波方法為： 針對如下形式的離散系自 ，其中H濾波器為：
式中，'、分別為、/(.?)與/，(?+>在-"V(女I女)處的Jacobian矩陣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步電機轉子轉速估計的方法。該轉速估計方法首先建立永磁同步電機數(shù)學模型，進行矢量變換以實現(xiàn)解耦；其次對系統(tǒng)模型進行降階處理，建立僅需估計轉速和轉子位置的簡化濾波模型；再將定子參數(shù)加入到系統(tǒng)模型中，得到由發(fā)電機機電狀態(tài)和定子參數(shù)組成的增廣系統(tǒng)模型；最后針對所建立增廣模型，利用H∞濾波理論得到永磁同步電機轉子轉速與定子參數(shù)的估計值。本方法不僅能夠準確地同時估計出轉子轉速與定子參數(shù)，而且降低了計算量，有效提高系統(tǒng)針對參數(shù)不確定的魯棒性。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104811117
【申請?zhí)枴緾N201510231280
【發(fā)明人】沈紹博, 俞貴東, 李濤, 祖暉
【申請人】張家港智電柔性輸配電技術研究所有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月8日