CN107154764B - 一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器 - Google Patents

Abstract

一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，涉及电机领域。经仿真计算发现，常用的磁链值与直接积分计算所得的准确磁链值间存在一定的相位差。本发明包括：积分降幅模块，其用于对电机反电势的αβ分量进行积分降幅以消除磁链估算值与理论计算值之间的相位差；磁链计算模块，与积分降幅模块相连，用于磁链计算。本技术方案中采用积分降幅模块，积分降幅模块通过一个积分环节并乘以一个小于1的常数来计算，其消除了计算值与实际值之间的相位差，计算所得结果更精确地反映真实值。

Description

一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其指一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器。

背景技术

无论哪种电机类型，无论矢量控制或直接转矩控制，由于没有直接的传感器来测量电机内的磁链，都需要应用数学方法来准确地计算出电机内的磁链幅值和相位。

磁链观测器的电压模型为磁链可以看成是反电势的积分，在静止两相αβ坐标系下，方程式为：

也就是说，通过电压、电流、电机绕组内阻三个参数，即可通过积分算出电机磁链。然而在实际计算时由于离散化的误差，造成纯积分算法会出现积分漂移和饱和的现象，所以不能直接应用此公式。

由公式：

知，此纯积分环节可等效为一阶低通滤波环节外加输出的反馈补偿分量构成，其计算框图如图1所示。

经仿真计算发现，此方法所计算出的磁链值与直接积分计算所得的准确磁链值间存在一定的相位差，如图2所示。所得结果与真实值间具有差距，准确度差。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，以达到消除磁链估算值与理论计算值之间相位差的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，其特征在于包括：

积分降幅模块，其用于对电机反电势的αβ分量进行积分降幅以消除磁链估算值与理论计算值之间的相位差；

磁链计算模块，与积分降幅模块相连，用于磁链计算；

磁链计算模块在计算磁链时，采用以下公式：

其中：Ψ_α、Ψ_β—磁链观测器估算模拟真实值的电机磁链αβ分量；Ψ_αh、Ψ_βh—电机反电势经正交误差补偿模块处理后的电机磁链αβ分量；z_α、z_β—电机磁链正交反馈补偿的αβ分量；ω_c—截止频率；s—微分算子；

积分降幅模块，在对电机反电势的αβ分量进行积分降幅分量时，采用下式计算：

其中：emf_α、emf_β—电机反电势的αβ分量；T—控制算法周期。

在本技术方案中采用积分降幅模块，积分降幅模块通过一个积分环节并乘以一个小于1的常数来计算，其消除了计算值与实际值之间的相位差，计算所得结果更精确地反映真实值。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

进一步的，所述的积分降幅模块与一反电势αβ分量计算模块相连，反电势αβ分量计算模块用于计算反电势αβ分量：

反电势αβ分量计算模块在计算反电势αβ分量时，采用下式计算：

其中：u_α、u_β—电机相电压αβ分量；i_α、i_β—电机相电流αβ分量；R_s—电机绕组电阻；

电机电压、电流、电阻根据实际检测值，并做clark变换得αβ分量。

进一步的，所述的磁链计算模块与一补偿分量模块相连，补偿分量模块用于计算补偿分量，所述的补偿分量模块在计算补偿分量时，采用以下公式计算：

其中：|Ψ|—电机磁链的幅值；θ—电机磁链的幅角；s_com—电机磁链和反电势正交误差值；

电机磁链幅值|Ψ|的计算公式为：

电机磁链幅角θ的计算公式为：

进一步的，所述的反电势αβ分量计算模块、补偿分量模块与一正交误差补偿模块相连，所述的正交误差补偿模块用于计算电机磁链和反电势正交误差值；正交误差补偿模块在计算电机磁链和反电势正交误差值时采用以下公式：

其中：|emf|—电机反电势的幅值，电机反电势的幅值由下式计算；

有益效果：本技术方案采用“积分降幅”模块加补偿来代替现有的一阶低通滤波环节来计算电机磁链，完全消除了计算结果与纯积分所得理论值之间的相位差，使估算结果更精确地接近真实值。

附图说明

图1现有电压模型磁链观测器计算框图。

图2现有电压模型磁链观测器计算结果效果图。

图3是本发明的电机磁链观测器计算框图。

图4是本发明计算效果图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明的电机磁链观测器磁链计算原理,如图3所示，其设有多个模块以计算对应数据，包括反电势αβ分量计算模块、正交误差补偿模块1、积分降幅模块2、低通滤波模块3、补偿分量计算模块4、磁链计算模块。

综合上述(1)、(2)式，本技术方案的磁链由下式计算：

其中：Ψ_α、Ψ_β—磁链观测器估算模拟真实值的电机磁链αβ分量；

Ψ_αh、Ψ_βh—反电势“积分降幅”后的电机磁链αβ分量；

z_α、z_β—电机磁链正交反馈补偿的αβ分量；

ω_c/(s+ω_c)—低通滤波环节；

ω_c—截止频率(＝2πf_c)，f_c在3Hz左右；

s—微分算子。

积分降幅分量由反电势通过下式计算：

其中：emf_α、emf_β—电机反电势的αβ分量；

T—控制算法周期(T＝0.0001s)。

反电势αβ分量计算公式：

其中：u_α、u_β—电机相电压αβ分量；

i_α、i_β—电机相电流αβ分量；

R_s—电机绕组电阻。

电机电压、电流、电阻均可实际检测出，并做clark变换得αβ分量。补偿分量由下式计算：

其中：|Ψ|—电机磁链的幅值；

θ—电机磁链的幅角；

s_com—电机磁链和反电势正交误差值。

可分别由式(7)、(8)计算上述磁链幅值和幅角。

正交误差补偿值：

其中：|emf|—电机反电势的幅值，可由下式计算。

改进后经仿真验证，所得计算结果如附图4所示，完全消除了计算结果与纯积分所得理论值之间的相位差，使估算结果更精确地接近真实值。

以上图3所示的一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，其特征在于包括：

积分降幅模块，其用于对电机反电势的αβ分量进行积分降幅以消除磁链估算值与理论计算值之间的相位差；

磁链计算模块，与正交误差补偿模块相连，用于磁链计算；

磁链计算模块在计算磁链时，采用以下公式：

其中：Ψ_α、Ψ_β—磁链观测器估算模拟真实值的电机磁链αβ分量；Ψ_αh、Ψ_βh—电机反电势经积分降幅模块处理后的电机磁链αβ分量；z_α、z_β—电机磁链正交反馈的αβ补偿分量；ω_c—截止频率；s—微分算子；

积分降幅模块，在对电机反电势的αβ分量进行积分降幅计算时，采用下式计算：

其中：emf_α、emf_β—电机反电势的αβ分量；T—控制算法周期。

2.根据权利要求1所述的一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，其特征在于：所述的积分降幅模块与一反电势αβ分量计算模块相连，反电势αβ分量计算模块用于计算反电势αβ分量：

反电势αβ分量计算模块在计算反电势αβ分量时，采用下式计算：

其中：u_α、u_β—电机相电压αβ分量；i_α、i_β—电机相电流αβ分量；R_s—电机绕组电阻；

电机电压、电流根据实际检测值，并做clark变换得αβ分量。

3.根据权利要求2所述的一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，其特征在于：所述的磁链计算模块与一补偿分量模块相连，补偿分量模块用于计算补偿分量，所述的补偿分量模块在计算补偿分量时，采用以下公式计算：

其中：|Ψ|—电机磁链的幅值；θ—电机磁链的幅角；s_com—电机磁链和反电势正交误差值；

电机磁链幅值|Ψ|的计算公式为：

电机磁链幅角θ的计算公式为：

4.根据权利要求3所述的一种基于积分降幅和正交误差补偿模块的电机磁链观测器，其特征在于：所述的反电势αβ分量计算模块、补偿分量模块与一正交误差补偿模块相连，所述的正交误差补偿模块用于计算电机磁链和反电势正交误差值；正交误差补偿模块在计算电机磁链和反电势正交误差值时采用以下公式：

其中：|emf|—电机反电势的幅值，电机反电势的幅值由下式计算：