CN113644854A - 一种永磁同步电机角度辨识***及方法 - Google Patents

一种永磁同步电机角度辨识***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种永磁同步电机角度辨识***及方法,所述***包括:锁相环,用于计算得到角度的非周期性直流分量;自适应角度补偿器,用于结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;微分器,用于对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;自适应控制器,用于获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;积分器,用于获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。本发明根据自适应控制原理,实时辨识周期性角度的三角函数系数,进而组合成周期性角度;本发明在控制过程中,将周期性角度与锁相环计算获得的角度相加,提高无位置传感器控制的观测角度精度,可以大大改善控制性能,减小速度与电流波动。

Description

一种永磁同步电机角度辨识***及方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域,更具体的,涉及一种永磁同步电机角度辨识***及方法。
背景技术
电机(Electrical Machine)本质是一个能量转换装置(电能和机械能互换),通过定转子之间的磁场耦合产生力矩转动,其中定子部分的磁场由电流产生,转子部分的磁场可以通过电流或者永磁体产生。永磁同步电机的转子部分采用永磁体形成磁场,无需额外电流,因此电机损耗更少,功率密度更高。也正是因为永磁同步电机的高效、节能的优点,才得以被广泛应用于家用产品,尤其是各种压缩机中,这其中,单转子压缩机以其经济性获得了广泛应用。
由于压缩机内部工况恶劣,永磁同步电机采用基于锁相环的无位置传感器控制,进一步减少成本,但是单转子压缩机负载不平稳,负载随机械角度周期性变化,导致电机角度也发生周期性变化,锁相环无法实时追踪周期性角度,导致估计的角度与真实角度存在周期性角度误差,降低了无位置传感器控制的性能,针对永磁同步电机无位置传感器控制中的周期性角度观测存在的上述问题,目前尚未发现有效解决方案,基于此,本发明提出了一种可行的方案。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的目的是提供一种永磁同步电机角度辨识***及方法,以提高周期性负载条件下采用无位置传感器控制的角度观测精度,从而改善控制性能。
本发明第一方面提供了一种永磁同步电机角度辨识***,所述***包括:
锁相环,用于计算得到角度的非周期性直流分量;
自适应角度补偿器,用于结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;
微分器,用于对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;
自适应控制器,用于获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;
积分器,用于获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。
本方案中,所述***还包括转速控制PI调节器与第一电流控制PI调节器,其中,所述转速控制PI调节器用于获得第一指令电流,所述第一电流控制PI调节器用于获得第一输出电压。
本方案中,所述***还包括弱磁控制器,其中,所述第一输出电压与实际电压通过所述弱磁控制器得到第二指令电流,进而通过第二电流控制PI调节器获得第二输出电压。
本方案中,所述***还包括反电动势观测器,用于获得第一反电动势与第二反电动势。
本方案中,还包括将所述第一反电动势与所述第二反电动势带入预设的反正切函数得到所述误差角度。
本方案中,所述***还包括将控制器,用于发出控制信号控制各部件工作。
本发明第二方面还提供一种永磁同步电机角度辨识方法,应用于上述任一的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,所述方法包括:
计算得到角度的非周期性直流分量;
结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;
对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;
获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;
获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。
本方案中,所述方法还包括将所述估计转速与指令转速做差得到第一指令电流,进而得到第一输出电压,根据所述第一输出电压与实际电压得到第二指令电流,进而获得第二输出电压。
本方案中,所述方法还包括将所述估计电气角度除以预设极对数得到估计机械角度。
本方案中,所述方法还包括将所述第一输出电压与所述第二输出电压经过空间矢量脉宽调制得到驱动逆变器工作指令序列。
本发明公开的一种永磁同步电机角度辨识***及方法,根据自适应控制原理,实时辨识周期性角度的三角函数系数,进而组合成周期性角度,与锁相环计算获得的角度相加,提高无位置传感器控制的观测角度精度,可以大大改善控制性能,减小速度与电流波动。
附图说明
图1示出了本申请一种永磁同步电机角度辨识***的结构示意图;
图2示出了本发明一种永磁同步电机角度辨识***的自适应角度误差补偿器构造原理图;
图3是本发明一种永磁同步电机角度辨识***的自适应控制器的构造原理图;
图4是本发明一种永磁同步电机角度辨识方法的步骤流程图;
图5是本发明一种永磁同步电机角度辨识方法的自适应控制器的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本申请一种永磁同步电机角度辨识***的结构示意图。
参阅图1,于发明一实施例中,本发明的永磁同步电机角度辨识***包括:
锁相环10,用于计算得到角度的非周期性直流分量;
自适应角度补偿器11,用于结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;
微分器7,用于对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;
自适应控制器12,用于获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;
积分器13,用于获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。
根据本发明实施例,所述***还包括转速控制PI调节器2与第一电流控制PI调节器3,其中,所述转速控制PI调节器2用于获得第一指令电流,所述第一电流控制PI调节器3用于获得第一输出电压。
根据本发明实施例,所述***还包括弱磁控制器5,其中,所述第一输出电压与实际电压通过所述弱磁控制器5得到第二指令电流,进而通过第二获得第二输出电压。
根据本发明实施例,所述***还包括反电动势观测器8,用于获得第一反电动势与第二反电动势。
根据本发明实施例,所述***还包括将所述第一反电动势与所述第二反电动势带入预设的反正切函数9得到所述误差角度。
根据本发明实施例,所述***还包括将控制器1,用于发出控制信号控制各部件工作。
需要说明的是,所述***还包括SVPWM 6,即空间矢量脉宽调制,具体地,如图1所示,所述***基于所述控制器1的指令控制下稳定工作,其中,所述转速控制PI调节器2的输出端与所述第一电流控制PI调节器3的输入端连接,所述第一电流控制PI调节器3的其中一个输出端与所述弱磁控制器5的其中一个输入端连接,所述弱磁控制器5的输出端与所述第二电流控制PI调节器4连接,所述第二电流控制PI调节器4的其中一个输出端与所述弱磁控制器5的其中一个输入端连接。
进一步地,需要说明的是,所述第一电流控制PI调节器3的其中一个输出端与所述第二电流控制PI调节器4的其中一个输出端合并后与所述SVPWM 6的输入端连接,所述SVPWM 6的输出端与反电动势观测器8的输入端连接,所述反电动势观测器8的输出端与所述反正切函数9输入端连接,所述反正切函数9的其中一个输出端与所述锁相环10连接,所述反正切函数9的另一个输出端与所述自适应角度补偿器11连接,所述锁相环10与所述自适应角度补偿器11的合并后其中一个输出端与所述微分器7的输入端连接,所述微分器的输出端与所述转速控制PI调节器2连接,形成路径闭环。优选地,所述所述锁相环10与所述自适应角度补偿器11的合并后的又一个输出端通过除以预设极对数与所述自适应角度补偿器11连接;此外,所述SVPWM 6的输出端与PMSM进行连接,所述PMSM即所述永磁同步电机。
在所述永磁同步电机角度辨识***步骤完成后,需要对整体线路进行检测与实验。
需要说明的是,首先可知所述估计转速
Figure BDA0003206197030000051
与指令转速
Figure BDA0003206197030000052
作差,差值接入所述转速控制PI调节器2中,结果得到交轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000053
然后将交轴的真实电流iq与所述交轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000054
作差,差值结果输入到所述第一电流控制PI调节器3,结果得到目标第一输出电压uq,即交轴输出电压uq
需要说明的是,进一步地,根据所述第一输出电压uq与实际母线电压Udc,经过所述弱磁控制器5得到直轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000055
将直轴的真实电流id与所述直轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000056
作差,差值输入到所述第二电流控制PI调节器4,结果得到目标第二输出电压ud,即直轴的输出电压。
需要说明的是,进一步地,将所述第一输出电压uq与所述第二输出电压ud一起输入到所述SVPMW 6中,进行空间矢量脉宽调制,得到驱动逆变器的指令序列,进而控制所述永磁同步电机同步工作,同时得到两相电流,进而得到所述交轴的真实电流iq与直轴的真实电流id
需要说明的是,进一步地,根据所述第一输出电压uq与所述第二输出电压ud,以及所述交轴的真实电流iq与直轴的真实电流id与所述反电动势观测器8得到观测的反电动势
Figure BDA0003206197030000057
Figure BDA0003206197030000058
将二者作商代入所述反正切函数9中得到误差角度Δθr,所述误差角度Δθr经过所述锁相环10与所述自适应角度误差补偿器11得到估计的电气角度
Figure BDA0003206197030000059
再经过所述微分器7得到所述估计转速
Figure BDA00032061970300000510
值得一提的是,所述自适应角度补偿器11的具体实现如图2所示,三角函数
Figure BDA00032061970300000511
Figure BDA00032061970300000512
与误差角度Δθr经过所述自适应控制器12得到辨识的周期性角度的三角函数系数
Figure BDA00032061970300000513
Figure BDA00032061970300000514
再分别与三角函数
Figure BDA00032061970300000515
作积,得到估计的周期性角度
Figure BDA00032061970300000516
需要说明的是,所述三角函数
Figure BDA0003206197030000061
分别作为所述自适应控制器12的两个输入端,加上所述误差角度Δθr作为又一个所述自适应控制器12的输入端,一起输入到所述自适应控制器12中,以得到辨识的周期性角度的三角函数系数
Figure BDA0003206197030000062
Figure BDA0003206197030000063
其中,所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000064
再与所述三角函数
Figure BDA0003206197030000065
作积,所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000066
与所述三角函数
Figure BDA0003206197030000067
作积,以得到所述周期性角度
Figure BDA0003206197030000068
值得一提的是,所述自适应控制器12的具体实现如图3所示,所述误差角Δθr分别与所述三角函数
Figure BDA0003206197030000069
以及调节收敛速率的系数Kac作积,再分别经过两个所述积分器13得到辨识的三角函数系数
Figure BDA00032061970300000610
Figure BDA00032061970300000611
需要说明的是,所述误差角Δθr与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000612
以及所述调节收敛速率的系数Kac共同作为其中一个所述积分器13的输入以使其输出所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300000613
所述误差角Δθr与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000614
以及所述调节收敛速率的系数Kac共同作为另一个所述积分器13的输入以使其输出所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300000615
进一步地,需要说明的是,与发明一实施例中,本发明的永磁同步电机角度辨识***还包括建立周期性角度观测目标;建立自适应控制器;组合辨识结果。
具体地,需要说明的是,建立周期性角度观测目标具体为:带有周期性负载的电机电气角度可表达为
Figure BDA00032061970300000616
其中
Figure BDA00032061970300000617
为非周期性的直流成分,可由所述锁相环10计算得到,Ac与As分别为周期性成分的三角函数系数,本方法的目标即为辨识这两个三角函数系数,从而得到其中的周期性角度
Figure BDA00032061970300000618
进一步地,所述周期性角度还可以写为
Figure BDA00032061970300000619
其中,
Figure BDA00032061970300000620
Figure BDA00032061970300000621
即为辨识的三角函数系数。
具体地,需要说明的是,建立自适应控制器具体为:所述周期性负载的电机电气角度可表达为
Figure BDA00032061970300000622
中的直流成分
Figure BDA00032061970300000623
可由锁相环计算得到,因此误差角可写为:
Figure BDA00032061970300000624
进一步地,需要说明的是,在*式的两侧乘上三角函数
Figure BDA0003206197030000071
可得到如下公式:
Figure BDA0003206197030000072
将上式的结果经过积分,可使得所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000073
趋近于所述周期性成分的三角函数系数Ac(仅当所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000074
趋近于周期性成分的三角函数系数Ac时,积分结果不再变化),其中Kac用于调节收敛速率,而其中的三角函数项积分结果近似可为0。
进一步地,需要说明的是,在*式的两侧乘上三角函数
Figure BDA0003206197030000075
可得如下公式:
Figure BDA0003206197030000076
同样的,将上式结果经过积分,可使得所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000077
趋近于所述周期性成分的三角函数系数As,而其中的三角函数项积分结果近似可为0。
具体地,需要说明的是,组合辨识结果具体为:将得到的所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000078
所述三角函数系数
Figure BDA0003206197030000079
与上述三角函数
Figure BDA00032061970300000710
组合,得到事实辨识的周期性角度的结果:
Figure BDA00032061970300000711
将该结果与锁相环10计算得到的结果相加,即获得完整的基于无位置传感器控制的事实估计角度
Figure BDA00032061970300000712
再将该角度经过微分,即获得事实估计速度
Figure BDA00032061970300000713
图4示出了本发明一种永磁同步电机角度辨识方法的流程图。
如图4所示,本发明公开了一种永磁同步电机角度辨识方法,所述方法包括如下步骤:
S402、计算得到角度的非周期性直流分量;
S404、结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;
S406、对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;
S408、获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;
S410、获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。
需要说明的是,所述永磁同步电机角度辨识方法应用于上述的所述永磁同步电机角度辨识***,具体地,如图1所示,所述***基于所述控制器1的指令控制下稳定工作,其中,所述转速控制PI调节器2的输出端与所述第一电流控制PI调节器3的输入端连接,所述第一电流控制PI调节器3的其中一个输出端与所述弱磁控制器5的其中一个输入端连接,所述弱磁控制器5的输出端与所述第二电流控制PI调节器4连接,所述第二电流控制PI调节器4的其中一个输出端与所述弱磁控制器5的其中一个输入端连接。
进一步地,需要说明的是,所述第一电流控制PI调节器3的其中一个输出端与所述第二电流控制PI调节器4的其中一个输出端合并后与所述SVPWM 6的输入端连接,所述SVPWM 6的输出端与反电动势观测器8的输入端连接,所述反电动势观测器8的输出端与所述反正切函数9输入端连接,所述反正切函数9的其中一个输出端与所述锁相环10连接,所述反正切函数9的另一个输出端与所述自适应角度补偿器11连接,所述锁相环10与所述自适应角度补偿器11的合并后其中一个输出端与所述微分器7的输入端连接,所述微分器的输出端与所述转速控制PI调节器2连接,形成路径闭环。优选地,所述所述锁相环10与所述自适应角度补偿器11的合并后的又一个输出端通过除以预设极对数与所述自适应角度补偿器11连接;此外,所述SVPWM 6的输出端与PMSM进行连接,所述PMSM即所述永磁同步电机。
在所述永磁同步电机角度辨识***步骤完成后,需要对整体线路进行检测与实验。
需要说明的是,首先可知所述估计转速
Figure BDA0003206197030000081
与指令转速
Figure BDA0003206197030000082
作差,差值接入所述转速控制PI调节器2中,结果得到交轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000083
然后将交轴的真实电流iq与所述交轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000084
作差,差值结果输入到所述第一电流控制PI调节器3,结果得到目标第一输出电压uq,即交轴输出电压uq
需要说明的是,进一步地,根据所述第一输出电压uq与实际母线电压Udc,经过所述弱磁控制器5得到直轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000085
将直轴的真实电流id与所述直轴的指令电流
Figure BDA0003206197030000086
作差,差值输入到所述第二电流控制PI调节器4,结果得到目标第二输出电压ud,即直轴的输出电压。
需要说明的是,进一步地,将所述第一输出电压uq与所述第二输出电压ud一起输入到所述SVPMW 6中,进行空间矢量脉宽调制,得到驱动逆变器的指令序列,进而控制所述永磁同步电机同步工作,同时得到两相电流,进而得到所述交轴的真实电流iq与直轴的真实电流id
需要说明的是,进一步地,根据所述第一输出电压uq与所述第二输出电压ud,以及所述交轴的真实电流iq与直轴的真实电流id与所述反电动势观测器8得到观测的反电动势
Figure BDA0003206197030000087
Figure BDA0003206197030000088
将二者作商代入所述反正切函数9中得到误差角度Δθr,所述误差角度Δθr经过所述锁相环10与所述自适应角度误差补偿器11得到估计的电气角度
Figure BDA0003206197030000091
再经过所述微分器7得到所述估计转速
Figure BDA0003206197030000092
值得一提的是,所述自适应角度补偿器11的具体实现如图2所示,三角函数
Figure BDA0003206197030000093
Figure BDA0003206197030000094
与误差角度Δθr经过所述自适应控制器12得到辨识的周期性角度的三角函数系数
Figure BDA0003206197030000095
Figure BDA0003206197030000096
再分别与三角函数
Figure BDA0003206197030000097
作积,得到估计的周期性角度
Figure BDA0003206197030000098
需要说明的是,所述三角函数
Figure BDA0003206197030000099
分别作为所述自适应控制器12的两个输入端,加上所述误差角度Δθr作为又一个所述自适应控制器12的输入端,一起输入到所述自适应控制器12中,以得到辨识的周期性角度的三角函数系数
Figure BDA00032061970300000910
Figure BDA00032061970300000911
其中,所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300000912
再与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000913
作积,所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300000914
与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000915
作积,以得到所述周期性角度
Figure BDA00032061970300000916
值得一提的是,所述自适应控制器12的具体实现如图3所示,所述误差角Δθr分别与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000917
以及调节收敛速率的系数Kac作积,再分别经过两个所述积分器13得到辨识的三角函数系数
Figure BDA00032061970300000918
Figure BDA00032061970300000919
需要说明的是,所述误差角Δθr与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000920
以及所述调节收敛速率的系数Kac共同作为其中一个所述积分器13的输入以使其输出所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300000921
所述误差角Δθr与所述三角函数
Figure BDA00032061970300000922
以及所述调节收敛速率的系数Kac共同作为另一个所述积分器13的输入以使其输出所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300000923
进一步地,需要说明的是,与发明一实施例中,本发明的永磁同步电机角度辨识方法还包括如下步骤:建立周期性角度观测目标;建立自适应控制器;组合辨识结果。
具体地,需要说明的是,建立周期性角度观测目标具体为:带有周期性负载的电机电气角度可表达为
Figure BDA00032061970300000924
其中
Figure BDA00032061970300000925
为非周期性的直流成分,可由所述锁相环10计算得到,Ac与As分别为周期性成分的三角函数系数,本方法的目标即为辨识这两个三角函数系数,从而得到其中的周期性角度
Figure BDA0003206197030000101
进一步地,所述周期性角度还可以写为
Figure BDA0003206197030000102
其中,
Figure BDA0003206197030000103
Figure BDA0003206197030000104
即为辨识的三角函数系数。
具体地,需要说明的是,建立自适应控制器具体为:所述周期性负载的电机电气角度可表达为
Figure BDA0003206197030000105
中的直流成分
Figure BDA0003206197030000106
可由锁相环计算得到,因此误差角可写为:
Figure BDA0003206197030000107
进一步地,需要说明的是,在*式的两侧乘上三角函数
Figure BDA0003206197030000108
可得到如下公式:
Figure BDA0003206197030000109
将上式的结果经过积分,可使得所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300001010
趋近于所述周期性成分的三角函数系数Ac(仅当所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300001011
趋近于周期性成分的三角函数系数Ac时,积分结果不再变化),如图5所示,其中Kac用于调节收敛速率,而其中的三角函数项积分结果近似可为0。
进一步地,需要说明的是,在*式的两侧乘上三角函数
Figure BDA00032061970300001012
可得如下公式:
Figure BDA00032061970300001013
同样的,将上式结果经过积分,可使得所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300001014
趋近于所述周期性成分的三角函数系数As,而其中的三角函数项积分结果近似可为0。
具体地,需要说明的是,组合辨识结果具体为:将得到的所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300001015
所述三角函数系数
Figure BDA00032061970300001016
与上述三角函数
Figure BDA00032061970300001017
组合,得到事实辨识的周期性角度的结果:
Figure BDA00032061970300001018
将该结果与锁相环10计算得到的结果相加,即获得完整的基于无位置传感器控制的事实估计角度
Figure BDA00032061970300001019
再将该角度经过微分,即获得事实估计速度
Figure BDA00032061970300001020
本发明公开的一种永磁同步电机角度辨识***及方法,具有以下有益效果:
1.本发明根据自适应控制原理,实时辨识周期性角度的三角函数系数,进而组合成周期性角度;
2.本发明在控制过程中,将周期性角度与锁相环计算获得的角度相加,提高无位置传感器控制的观测角度精度,可以大大改善控制性能,减小速度与电流波动。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的设备和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,如:多个单元或组件可以结合,或可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口,设备或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元;既可以位于一个地方,也可以分布到多个网络单元上;可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中,也可以是各单元分别单独作为一个单元,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中;上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:移动存储设备、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者,本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括:移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,所述***包括:
锁相环,用于计算得到角度的非周期性直流分量;
自适应角度补偿器,用于结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;
微分器,用于对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;
自适应控制器,用于获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;
积分器,用于获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,还包括转速控制PI调节器与第一电流控制PI调节器,其中,所述转速控制PI调节器用于获得第一指令电流,所述第一电流控制PI调节器用于获得第一输出电压。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,还包括弱磁控制器,其中,所述第一输出电压与实际电压通过所述弱磁控制器得到第二指令电流,进而通过第二电流控制PI调节器获得第二输出电压。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,还包括反电动势观测器,用于获得第一反电动势与第二反电动势。
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,还包括将所述第一反电动势与所述第二反电动势带入预设的反正切函数得到所述误差角度。
6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,还包括将控制器,用于发出控制信号控制各部件工作。
7.一种永磁同步电机角度辨识方法,应用于权利要求1-6任一的一种永磁同步电机角度辨识***,其特征在于,所述方法包括:
计算得到角度的非周期性直流分量;
结合所述角度的非周期性直流分量与误差角度计算得到估计电气角度;
对所述估计电气角度进行微分获得估计转速;
获得初始周期性角度的三角函数系数进而得到估计周期性角度;
获得目标三角函数系数,进而获得目标周期性角度。
8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机角度辨识方法,其特征在于,还包括将所述估计转速与指令转速做差得到第一指令电流,进而得到第一输出电压,根据所述第一输出电压与实际电压得到第二指令电流,进而获得第二输出电压。
9.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机角度辨识方法,其特征在于,还包括将所述估计电气角度除以预设极对数得到估计机械角度。
10.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机角度辨识方法,其特征在于,还包括将所述第一输出电压与所述第二输出电压经过空间矢量脉宽调制得到驱动逆变器工作指令序列。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115021625A (zh) * 2022-06-15 2022-09-06 杭州士腾科技有限公司 永磁同步电机的位置解析电路、方法及其控制电路和***

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001021297A (ja) * 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 追尾装置
US20130307450A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Robert Lyle Fuller Electrical Control System
US20180167074A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 National Chung Shain Institute Of Science And Technology Phase-locked loop method for use in utility electricity parallel-connection system
CN110350835A (zh) * 2019-07-29 2019-10-18 南通大学 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN110504888A (zh) * 2019-09-17 2019-11-26 河南工业大学 一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法
CN111431460A (zh) * 2020-04-25 2020-07-17 南通大学 一种永磁同步电机无传感器模型预测磁链控制方法
CN113241985A (zh) * 2021-05-26 2021-08-10 北京航空航天大学 无位置传感器磁悬浮飞轮电流自校正控制装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001021297A (ja) * 1999-07-08 2001-01-26 Nec Corp 追尾装置
US20130307450A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 Robert Lyle Fuller Electrical Control System
US20180167074A1 (en) * 2016-12-08 2018-06-14 National Chung Shain Institute Of Science And Technology Phase-locked loop method for use in utility electricity parallel-connection system
CN110350835A (zh) * 2019-07-29 2019-10-18 南通大学 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN110504888A (zh) * 2019-09-17 2019-11-26 河南工业大学 一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法
CN111431460A (zh) * 2020-04-25 2020-07-17 南通大学 一种永磁同步电机无传感器模型预测磁链控制方法
CN113241985A (zh) * 2021-05-26 2021-08-10 北京航空航天大学 无位置传感器磁悬浮飞轮电流自校正控制装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHENGQIANG HAO等: "Phase Lead Compensation of a Phase-Locked Loop in an IPMSM for Air-Conditioner Compressors", IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, vol. 36, no. 2, pages 1090 - 1100, XP011856017, DOI: 10.1109/TEC.2020.3028087 *
王谦;孙京诰;: "基于改进粒子群优化算法的闭环时滞***辨识", 华东理工大学学报(自然科学版), no. 02, pages 159 - 166 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115021625A (zh) * 2022-06-15 2022-09-06 杭州士腾科技有限公司 永磁同步电机的位置解析电路、方法及其控制电路和***
CN115021625B (zh) * 2022-06-15 2022-11-08 杭州士腾科技有限公司 永磁同步电机的位置解析电路、方法及其控制电路和***

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