CN111769779A - 基于改进型Luenberger观测器的PMSM直接转矩控制方法 - Google Patents

基于改进型Luenberger观测器的PMSM直接转矩控制方法 Download PDF

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CN111769779A CN202010511847.1A CN202010511847A CN111769779A CN 111769779 A CN111769779 A CN 111769779A CN 202010511847 A CN202010511847 A CN 202010511847A CN 111769779 A CN111769779 A CN 111769779A
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金无痕
于思洋
毕猛
王博
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Abstract

基于改进型Luenberger观测器的PMSM直接转矩控制方法，该方法步骤如下：（一）、将高速永磁同步电机（9）的定子三相电流信号和定子三相电压信号分别经过Clark坐标变换得到两相静止DQ坐标系下的定子电流信号和定子电压信号；（二）、计算得到电磁转矩估算值；同时，定子电流信号和定子电压信号以及给定控制***转速信号，经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值与的差值经转速PI调节器到电机参考转矩；（三）、“经定子磁链滞环比较器得到定子磁链增量和信号经过传统砰‑砰控制器得到控制信号；通过引入关系函数修正传统观测算法存在的观测转速偏差，并且通过引入低通滤波器消除观测转速的高频脉动误差，实现了对电机转子转速的精确观测。

Description

基于改进型Luenberger观测器的PMSM直接转矩控制方法
技术领域：
本发明属于高速电机无速度传感器控制领域，具体涉及一种高速永磁同步电机直接转矩控制方法及改进型Luenberger观测器算法。
背景技术：
高速永磁同步电动机与常速电机相比具有很多优点：转动惯量小、功率密度大、体积小、工作效率高以及动态响应速度快，因此在高精密加工和高性能机械中应用越来越广泛。直接转矩控制技术的主要思想是在两相静止DQ坐标系下直接控制交流电机的转矩和磁链，使得电机的定子磁链近似为圆形。相较于矢量控制策略，直接转矩控制策略在控制过程中取消了复杂的旋转坐标变换过程，算法简单，***动态响应快，非常适合应用到高速永磁同步电机的控制***中。
为了精准地控制高速永磁同步电机，需要时刻获取电机转子的转速信息。安装在转子轴上的速度传感器(如测速发电机、光电编码器、旋转变压器等)可以检测到转子的实时转速，然而复杂的速度传感器在高速电机控制***中有以下诸多问题：由于高速电机转子转速较高，高精度的速度传感器会增加***的体积和成本；高速电机运行中会产生很多的高频噪声信号，因此需要引入滤波设备来滤除高次谐波信号，进而增加了***的成本；安装在高速永磁同步电机转子上的速度传感器会增加转子的转动惯量，进而增加***的能量损耗，并且速度传感器在某些恶劣的环境下使用会大大缩短其寿命，有些场合甚至不允许安装速度传感器。
由于高速永磁同步电机转子转速高，可用于高速永磁同步电机转子速度检测的传感器很少，为了提高高速永磁同步电机控制***性能，需采用无速度传感器技术对其转子转速进行估算。一些专家和学者开展了很多关于无速度传感器技术的研究。无速度传感器技术可以根据定子绕组中的电流、电压、电阻、电感等参数来估算转子转速，取代了安装在电机转子上的速度传感器。Luenberger观测器相比其他无速度传感器算法具有算法相对简单、动态响应快、鲁棒性好等优点，非常适合应用于检测高速永磁同步电机的转子转速，从而提升***的控制性能。因此开展高速永磁同步电机无传感器技术的研究具有重要的理论和实用价值。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种高速永磁同步电机直接转矩控制方法及改进型Luenberger观测器算法，其目的是解决高速永磁同步电机控制***电机转子观测转速存在误差及转速脉动的问题。
技术方案：
基于改进Luenberger观测器的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(一)、将高速永磁同步电机(9)的定子三相电流信号iA、iB、iC和定子三相电压信号uA、uB、uC分别经过Clark坐标变换得到两相静止DQ坐标系下的定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ；
(二)、定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ经转换得到定子磁链矢量在两相静止DQ坐标系下的分量ψD、ψQ及定子磁链幅值|ψS|；定子电流信号iD、iQ和分量ψD、ψQ信号根据转矩估算方程te＝p0(ψDiQ-ψQiD)，p0为电机极对数，计算得到电磁转矩估算值te；同时，定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ以及给定控制***转速信号n，经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值n*，n与n*的差值经转速PI调节器到电机参考转矩te *；
(三)、“(二)”步骤中，电机参考转矩与电磁转矩估算值之差经转矩滞环比较器得到转矩增量Δt；定义电机交轴等效电感Lq与直轴等效电感Ld的比值为凸极率ρ，参考定子磁链幅值|ψS *|为一常数，满足|ψS *|≤ρ/(ρ-1)ψf，ψf为永磁体转子产生的磁链矢量幅值；|ψS *|与|ψS|之差经定子磁链滞环比较器得到定子磁链增量Δψ；Δψ和Δt信号经过传统砰-砰控制器(6)得到控制信号(△t是参考转矩与反馈转矩差值)，最后由控制信号驱动电压型逆变器(8)控制高速永磁同步电机(9)，完成对高速永磁同步电机的控制。
(二)步骤中经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值的步骤如下：
uD、iD经DQ坐标系下的反电势D轴分量计算得到D轴反电势估算分量
Figure BDA00025286568300000212
uQ、iQ经反电势Q轴分量计算得到Q轴反电势估算分量
Figure BDA0002528656830000027
将
Figure BDA0002528656830000028
和
Figure BDA0002528656830000029
信号通过低通滤波法减小反电势分量波形的脉动，得到优化后的反电势分量信号
Figure BDA00025286568300000210
和
Figure BDA00025286568300000211
；
Luenberger观测器总参数ke、第二参数ke2、高速永磁同步电机转子永磁体产生的磁链幅值|ψf|、电机定子电感L、反电势分量
Figure BDA00025286568300000213
和
Figure BDA00025286568300000214
一同经Luenberger观测器转子转速计算得到观测器观测转速n，，将观测转速和给定控制***转速信号n，经改进型Luenberger观测器转速修正算法得到电机转子转速估算值n*。
DQ坐标系下的反电势分量算法如下：设计反电动势观测器，观测器方程为(D轴分量和反电势Q轴分量通用)：
Figure BDA0002528656830000021
Figure BDA0002528656830000022
式中：is＝[iD,iQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电流矢量；
Figure BDA0002528656830000023
为两相静止DQ坐标系下的定子电流估算矢量；L为定子电感；
Figure BDA0002528656830000024
为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势估算矢量；es＝[eD,eQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势矢量；us＝[uD,uQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电压向量；
Figure BDA0002528656830000025
为定子电流估算矢量的瞬时变化率；ke1，ke2为Luenberger观测器的增益系数；R为电机定子电阻；
定子反电动势估算方程可由式(2)减(1)得到
Figure BDA0002528656830000026
设ke＝ke1+ke2，观测器的稳定条件为ke>0，此观测器的特征值为-ke/L，ke值越大，观测器的收敛速度越快，但也会带来更大的超调量。式(3)表示为如下形式
Figure BDA0002528656830000031
Luenberger观测器转子转速计算得到观测器观测转速n，算法如下：反电动势
Figure BDA0002528656830000032
的相位角
Figure BDA0002528656830000033
由反电动势估算值
Figure BDA0002528656830000034
的相位角
Figure BDA0002528656830000035
和补偿角θcomp相加求出
Figure BDA0002528656830000036
式中
Figure BDA0002528656830000037
Figure BDA0002528656830000038
Figure BDA0002528656830000039
是估测反电动势矢量模值；
根据图3利用勾股定理可得
Figure BDA00025286568300000310
式中
Figure BDA00025286568300000311
求解式(9)即可得到转子角速度ω的估算公式
Figure BDA00025286568300000312
因为电机转子实际角速度ω的精确值是无法被直接检测到的，所以θcomp估算公式中的ω应为
Figure BDA00025286568300000313
即
Figure BDA00025286568300000314
电机转子角速度估算值
Figure BDA00025286568300000315
与电机转子转速观测值n’之间存在固定的关系：
Figure BDA00025286568300000316
改进型Luenberger观测器转速修正算法如下：
即利用补偿算法，对观测器的电机转子转速观测值偏差进行修正，具体为：设给定控制***转速信号为自变量x，电机转子转速观测值n’与x的比值为因变量y，建立关系函数
y＝f(x)，在坐标系内作出函数对x在区间[n1，nk]内的散点图，n1～nk为控制***给定的k个转速信号，再对散点图进行曲线拟合得到关系函数图像为二次函数图像，其表达式为：y＝ax2-bx+c，a、b、c为拟合二次函数的参数；将电机给定转速值代入到关系函数中可得到电机观测转速与实际转速比值，再将关系函数乘以给定转速即得到修正后的转子转速估算值。
优点效果：
本发明的有益效果是：
针对高速永磁同步电机直接转矩控制***观测转速存在误差且观测转速脉动较大等问题，提出了一种改进型Luenberger观测器算法，通过引入关系函数修正传统观测算法存在的观测转速偏差，并且通过引入低通滤波器消除观测转速的高频脉动误差，实现了对电机转子转速的精确观测。
附图说明
图1为本发明基于改进型Luenberger观测器的高速永磁同步电机直接转矩控制原理框图；
图2为本发明改进型Luenberger观测器算法原理框图；
图3为本发明Luenberger观测器相量图；
图4为本发明改进型Luenberger观测器转速误差与给定转速曲线拟合图。
附图标记说明：
1.转速PI调节器；2.转矩估算模块；3.定子磁链估算模块；4.定子磁链滞环比较器；5.转矩滞环比较器；6.开关电压矢量选择表模块；7.Clark坐标变换模块；8.电压型逆变器；9.高速永磁同步电机；10.改进型Luenberger观测器模块；11.反电势D轴分量计算模块；12.反电势Q轴分量计算模块；13.低通滤波器；14.Luenberger观测器转子转速计算模块；15.改进型Luenberger观测器转速修正模块。
具体实施方式
基于改进Luenberger观测器的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(一)、将高速永磁同步电机(9)的定子三相电流信号iA、iB、iC和定子三相电压信号uA、uB、uC分别经过Clark坐标变换得到两相静止DQ坐标系下的定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ；
(二)、定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ经转换得到定子磁链矢量在两相静止DQ坐标系下的分量ψD、ψQ及定子磁链幅值|ψS|；定子电流信号iD、iQ和分量ψD、ψQ信号根据转矩估算方程te＝p0(ψDiQ-ψQiD)，p0为电机极对数，计算得到电磁转矩估算值te；同时，定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ以及给定控制***转速信号n，经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值n*，n与n*的差值经转速PI调节器到电机参考转矩te *；
(三)、“(二)”步骤中，电机参考转矩与电磁转矩估算值之差经转矩滞环比较器得到转矩增量Δt；定义电机交轴等效电感Lq与直轴等效电感Ld的比值为凸极率ρ，参考定子磁链幅值|ψS *|为一常数，满足|ψS *|≤ρ/(ρ-1)ψf，ψf为永磁体转子产生的磁链矢量幅值；|ψS *|与|ψS|之差经定子磁链滞环比较器得到定子磁链增量Δψ；Δψ和Δt信号经过传统砰-砰控制器(6)得到控制信号(△t是参考转矩与反馈转矩差值)，最后由控制信号驱动电压型逆变器(8)控制高速永磁同步电机(9)，完成对高速永磁同步电机的控制。
(二)步骤中经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值的步骤如下：
uD、iD经DQ坐标系下的反电势D轴分量计算得到D轴反电势估算分量
Figure BDA0002528656830000051
uQ、iQ经反电势Q轴分量计算得到Q轴反电势估算分量
Figure BDA0002528656830000052
将
Figure BDA0002528656830000053
和
Figure BDA0002528656830000054
信号通过低通滤波法减小反电势分量波形的脉动，得到优化后的反电势分量信号
Figure BDA0002528656830000055
和
Figure BDA0002528656830000056
Luenberger观测器总参数ke、第二参数ke2、高速永磁同步电机转子永磁体产生的磁链幅值|ψf|、电机定子电感L、反电势分量
Figure BDA0002528656830000057
和
Figure BDA0002528656830000058
一同经Luenberger观测器转子转速计算得到观测器观测转速n，，将观测转速和给定控制***转速信号n，经改进型Luenberger观测器转速修正算法得到电机转子转速估算值n*。
DQ坐标系下的反电势分量算法如下：设计反电动势观测器，观测器方程为(D轴分量和反电势Q轴分量通用)：
Figure BDA0002528656830000059
Figure BDA00025286568300000510
式中：is＝[iD,iQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电流矢量；
Figure BDA00025286568300000511
为两相静止DQ坐标系下的定子电流估算矢量；L为定子电感；
Figure BDA00025286568300000512
为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势估算矢量；es＝[eD,eQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势矢量；us＝[uD,uQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电压向量；
Figure BDA00025286568300000513
为定子电流估算矢量的瞬时变化率；ke1，ke2为Luenberger观测器的增益系数；R为电机定子电阻；
定子反电动势估算方程可由式(2)减(1)得到
Figure BDA00025286568300000514
设ke＝ke1+ke2，观测器的稳定条件为ke>0，此观测器的特征值为-ke/L，ke值越大，观测器的收敛速度越快，但也会带来更大的超调量。式(3)表示为如下形式
Figure BDA00025286568300000515
Luenberger观测器转子转速计算得到观测器观测转速n，算法如下：反电动势
Figure BDA00025286568300000516
的相位角
Figure BDA00025286568300000517
由反电动势估算值
Figure BDA00025286568300000518
的相位角
Figure BDA00025286568300000519
和补偿角θcomp相加求出
Figure BDA00025286568300000520
式中
Figure BDA00025286568300000521
Figure BDA0002528656830000061
Figure BDA0002528656830000062
是估测反电动势矢量模值；
根据图3利用勾股定理可得
Figure BDA0002528656830000063
式中
Figure BDA0002528656830000064
求解式(9)即可得到转子角速度ω的估算公式
Figure BDA0002528656830000065
因为电机转子实际角速度ω的精确值是无法被直接检测到的，所以θcomp估算公式中的ω应为
Figure BDA0002528656830000066
即
Figure BDA0002528656830000067
电机转子角速度估算值
Figure BDA0002528656830000068
与电机转子转速观测值n’之间存在固定的关系：
Figure BDA0002528656830000069
改进型Luenberger观测器转速修正算法如下：
即利用补偿算法，对观测器的电机转子转速观测值偏差进行修正，具体为：设给定控制***转速信号为自变量x，电机转子转速观测值n’与x的比值为因变量y，建立关系函数
y＝f(x)，在坐标系内作出函数对x在区间[n1，nk]内的散点图，n1～nk为控制***给定的k个转速信号，再对散点图进行曲线拟合得到关系函数图像为二次函数图像，其表达式为：y＝ax2-bx+c，a、b、c为拟合二次函数的参数；将电机给定转速值代入到关系函数中可得到电机观测转速与实际转速比值，再将关系函数乘以给定转速即得到修正后的转子转速估算值。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：
本发明提出了一种基于改进型Luenberger观测器算法的高速永磁同步电机直接转矩控制***，如图1所示，其中高速永磁同步电机9的定子三相电流信号iA、iB、iC，定子三相电压信号uA、uB、uC经Clark坐标变换模块7得到两相静止DQ坐标系下的定子电流信号iD、iQ，定子电压信号uD、uQ，信号经定子磁链估算模块3和电磁转矩估算模块2得到电磁转矩te及定子磁链幅值|ψs|；同时，电机定子电流电压信号和给定转速信号经改进型Luenberger观测器模块10得到电机转子转速估算值，转子转速估算值经转速PI调节器得到电机参考转矩te *；参考转矩与估算转矩之差经转矩滞环比较器5得到转矩增量Δt；参考磁链与估算磁链之差经定子磁链滞环比较器4得到定子磁链增量Δψ；开关电压矢量选择表根据定子磁链增量值及电磁转矩增量值选择合适的电压空间矢量通过电压型逆变器8作用在高速永磁同步电机9上，完成对高速永磁同步电机的控制。
图2为本发明改进型Luenberger观测器算法原理框图，其中，uD、iD经反电势D轴分量计算模块11得到D轴反电势估算分量
Figure BDA0002528656830000071
uQ、iQ经反电势Q轴分量计算模块12得到Q轴反电势估算分量
Figure BDA0002528656830000072
由于高速永磁同步电机转子转速很高，此时估算得到的
Figure BDA0002528656830000073
和
Figure BDA0002528656830000074
波形存在较大的脉动，将
Figure BDA0002528656830000075
和
Figure BDA0002528656830000076
信号通过低通滤波器13可以大幅减小反电势分量波形的脉动，得到优化后的反电势分量信号
Figure BDA0002528656830000077
和
Figure BDA0002528656830000078
Luenberger观测器总参数ke、第二参数ke2、高速永磁同步电机转子磁链幅值ψf、电机定子电感L、反电势分量
Figure BDA0002528656830000079
和
Figure BDA00025286568300000710
一同经Luenberger观测器转子转速计算模块14得到观测器估算转速n，，此时得到的观测器估算转速与电机实际转速相比存在较大误差，将观测转速n，和参考转速n经过改进型Luenberger观测器转速修正模块15得到修正后的观测转速n*。
传统Luenberger观测器设计所依据的是永磁同步电机数学模型在DQ坐标系下的定子电压方程，该方程可以表示为如下向量形式
Figure BDA00025286568300000711
式中：is＝[iD,iQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电流向量；us＝[uD,uQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电压向量；es＝[eD,eQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势向量。
其中，eD和eQ中包含了转子的速度及位置信息，但是反电动势是无法被控制***直接检测到的，因此需要设计反电动势观测器，观测器方程为
Figure BDA00025286568300000712
式中
Figure BDA00025286568300000713
为两相静止DQ坐标系下的定子电流估算向量；
Figure BDA00025286568300000714
为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势估算向量；ke1，ke2为Luenberger观测器的增益系数。
定子反电动势估算方程可由式(2)减(1)得到
Figure BDA00025286568300000715
设ke＝ke1+ke2，观测器的稳定条件为ke>0，此观测器的特征值为-ke/L，ke值越大，观测器的收敛速度越快，但也会带来更大的超调量，因此ke的值应适当选取。式(3)可表示为如下形式
Figure BDA00025286568300000716
为了便于相量分析，可令ke2>0，式(4)所对应的相量图如图3所示。
图中，θcomp为补偿角。从图中可以看出，反电动势
Figure BDA00025286568300000717
的相位角
Figure BDA00025286568300000718
可由反电动势估算值
Figure BDA00025286568300000719
的相位角
Figure BDA00025286568300000720
和补偿角θcomp相加求出
Figure BDA00025286568300000721
式中
Figure BDA0002528656830000081
Figure BDA0002528656830000082
根据图3利用勾股定理可得
Figure BDA0002528656830000083
式中
Figure BDA0002528656830000084
求解式(9)即可得到转子角速度ω的估算公式
Figure BDA0002528656830000085
因为转子角速度ω的精确值是无法被直接检测到的，所以θcomp估算公式中的ω应为
Figure BDA0002528656830000086
即
Figure BDA0002528656830000087
传统Luenberger观测器观测到的电机转速不是非常精确，观测转速波形有脉动，并且电机转速的稳定值也有偏差。Luenberger观测器观测到的电机转速比实际转速大，且电机转速越高误差越大。为了解决这个问题并减少观测器的稳态转速脉动，本发明提出了一种补偿算法，对观测器的转速偏差进行修正。
表1为电机实际转速值与观测器观测转速值，从n1到nk范围内(k为≥3的任意自然数)电机实际转速与观测转速出现了较大偏差，且随着转速的升高，观测转速与实际转速的比值也越来越大，并且观测转速与实际转速的偏差并非线性关系，不能简单地通过加入一个比例系数来修正观测器误差。下面对电机实际转速(给定转速)与观测器误差之间的关系进行分析。
表1电机实际转速与观测器观测到的转速值
Figure BDA0002528656830000088
图4为本发明函数拟合曲线图，设电机给定转速为自变量x，观测转速与实际转速比值为因变量y，建立关系函数y＝f(x)，在坐标系内作出函数对x在区间[n1，nk]内的散点图，再对散点图进行曲线拟合得到关系函数图像为二次函数图像，其表达式为：y＝ax2-bx+c。将电机给定转速值代入到关系函数中可得到电机观测转速与实际转速比值，再将关系函数乘以给定转速即可得到修正后的观测转速。
综上，本发明属于高速电机无速度传感器控制领域，具体涉及一种高速永磁同步电机直接转矩控制***及改进型Luenberger观测器算法。其目的是解决高速永磁同步电机控制***电机转子观测转速存在误差及转速脉动的问题。传统Luenberger观测器算法观测到的电机转速不是非常精确，观测到的转速波形有脉动，并且电机转速的稳定值也有偏差，Luenberger观测器观测到的电机转速比实际转速大，且电机转速越高误差越大。为了解决这个问题并减少观测器的稳态转速脉动，本发明提出了一种改进型Luenberger观测器算法，分析电机实际转速与观测器观测到的转速值偏差，设电机给定转速为自变量x，观测转速与实际转速比值为因变量y，建立关系函数f(x)，在坐标系内作出函数在x在区间[n1，nk]内的散点图，再对散点图进行曲线拟合得到关系函数的表达式，得到电机实际转速与给定转速关系，并且通过引入低通滤波器消除观测转速的高频振动误差，实现了对电机转子转速的精确观测。

Claims (5)

1.基于改进Luenberger观测器的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(一)、将高速永磁同步电机(9)的定子三相电流信号iA、iB、iC和定子三相电压信号uA、uB、uC分别经过Clark坐标变换得到两相静止DQ坐标系下的定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ；
(二)、定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ经转换得到定子磁链矢量在两相静止DQ坐标系下的分量ψD、ψQ及定子磁链幅值|ψS|；定子电流信号iD、iQ和分量ψD、ψQ信号根据转矩估算方程te＝p0(ψDiQ-ψQiD)，p0为电机极对数，计算得到电磁转矩估算值te；同时，定子电流信号iD、iQ和定子电压信号uD、uQ以及给定控制***转速信号n，经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值n*，n与n*的差值经转速PI调节器到电机参考转矩te *；
(三)、“(二)”步骤中，电机参考转矩与电磁转矩估算值之差经转矩滞环比较器得到转矩增量Δt；定义电机交轴等效电感Lq与直轴等效电感Ld的比值为凸极率ρ，参考定子磁链幅值|ψS *|为一常数，满足|ψS *|≤ρ/(ρ-1)ψf，ψf为永磁体转子产生的磁链矢量幅值；|ψS *|与|ψS|之差经定子磁链滞环比较器得到定子磁链增量Δψ；Δψ和Δt信号经过传统砰-砰控制器(6)得到控制信号，最后由控制信号驱动电压型逆变器(8)控制高速永磁同步电机(9)，完成对高速永磁同步电机的控制。
2.根据权利要求1所述的基于改进型Luenberger观测器算法的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：
(二)步骤中经改进型Luenberger观测器算法得到电机转子转速估算值的步骤如下：
uD、iD经DQ坐标系下的反电势D轴分量计算得到D轴反电势估算分量
Figure FDA0002528656820000013
uQ、iQ经反电势Q轴分量计算得到Q轴反电势估算分量
Figure FDA0002528656820000014
将
Figure FDA0002528656820000015
和
Figure FDA0002528656820000016
信号通过低通滤波法减小反电势分量波形的脉动，得到优化后的反电势分量信号
Figure FDA0002528656820000017
和
Figure FDA0002528656820000018
Luenberger观测器总参数ke、第二参数ke2、高速永磁同步电机转子永磁体产生的磁链幅值|ψf|、电机定子电感L、反电势分量
Figure FDA0002528656820000019
和
Figure FDA00025286568200000110
一同经Luenberger观测器转子转速计算得到观测器观测转速n’，将观测转速和给定控制***转速信号n，经改进型Luenberger观测器转速修正算法得到电机转子转速估算值n*。
3.根据权利要求2所述的基于改进型Luenberger观测器算法的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：DQ坐标系下的反电势分量算法如下：设计反电动势观测器，观测器方程为：
Figure FDA0002528656820000011
Figure FDA0002528656820000012
式中：is＝[iD，iQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电流矢量；
Figure FDA00025286568200000111
为两相静止DQ坐标系下的定子电流估算矢量；L为定子电感；
Figure FDA00025286568200000112
为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势估算矢量；es＝[eD，eQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子反电动势矢量；us＝[uD，uQ]T为两相静止DQ坐标系下的定子电压向量；
Figure FDA00025286568200000210
为定子电流估算矢量的瞬时变化率；ke1，ke2为Luenberger观测器的增益系数；R为电机定子电阻；
定子反电动势估算方程由式(2)减(1)得到
Figure FDA0002528656820000021
设ke＝ke1+ke2，观测器的稳定条件为ke＞0，此观测器的特征值为-ke/L，ke值越大，观测器的收敛速度越快，式(3)表示为如下形式
Figure FDA0002528656820000022
4.根据权利要求3所述的基于改进型Luenberger观测器算法的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：Luenberger观测器转子转速计算得到观测器观测转速n’算法如下：反电动势
Figure FDA00025286568200000211
的相位角
Figure FDA00025286568200000212
由反电动势估算值
Figure FDA00025286568200000213
的相位角
Figure FDA00025286568200000214
和补偿角θcomp相加求出
Figure FDA0002528656820000023
式中
Figure FDA0002528656820000024
Figure FDA0002528656820000025
Figure FDA00025286568200000215
是估测反电动势矢量模值；
利用勾股定理得
Figure FDA0002528656820000026
式中
Figure FDA0002528656820000027
求解式(9)即得到转子角速度ω的估算公式
Figure FDA0002528656820000028
因为电机转子实际角速度ω的精确值是无法被直接检测到的，所以θcomp估算公式中的ω应为
Figure FDA00025286568200000216
即
Figure FDA0002528656820000029
电机转子角速度估算值
Figure FDA00025286568200000217
与电机转子转速观测值n’之间存在固定的关系：
Figure FDA00025286568200000218
5.根据权利要求4所述的基于改进型Luenberger观测器算法的高速永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征在于：改进型Luenberger观测器转速修正算法如下：
即利用补偿算法，对观测器的电机转子转速观测值偏差进行修正，具体为：设给定控制***转速信号为自变量x，电机转子转速观测值n’与x的比值为因变量y，建立关系函数y＝f(x)，在坐标系内作出函数对x在区间[n1，nk]内的散点图，n1～nk为控制***给定的k个转速信号，再对散点图进行曲线拟合得到关系函数图像为二次函数图像，其表达式为：y＝ax2-bx+c，a、b、c为拟合二次函数的参数；将电机给定转速值代入到关系函数中得到电机观测转速与实际转速比值，再将关系函数乘以给定转速即得到修正后的转子转速估算值。
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