基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103346726A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103346726103346726A(43)申请公布日2013.10.09(21)申请号201310285012.9(22)申请日2013.07.08(71)申请人合肥工业大学地址230009安徽省合肥市屯溪路193号(72)发明人杨淑英占琦张兴谢震郭磊磊(74)专利代理机构合肥和瑞知识产权代理事务所(普通合伙)34118代理人任岗生(51)Int.Cl.H02P21/14(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书7页说明书7页附图1页附图1页(54)发明名称基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法(57)摘要本发明公开了一种永磁同步电机（简称PMSM）定子磁链观测方法，其特征在于，根据采集并运算得到的两相静止坐标系（简称αβ坐标系）下电机定子电压相量uαβ、定子电流相量iαβ和转子电角速度ω，基于状态观测器理论，依据永磁同步电机在αβ坐标系下的数学模型建立一种扩展磁链观测器，然后利用定子磁链与扩展磁链的关系观测定子磁链ψs。本发明能够避免采用纯积分定子磁链观测方法造成的直流偏置和积分饱和问题，也不存在改进型积分器带来的幅值和相位偏差或波形畸变问题，并且保留了纯积分定子磁链观测器参数鲁棒性好的优点。本发明只需设计最小阶观测器，利于工程实践。本发明提出的定子磁链观测方法可以应用于表贴式永磁同步电机（简称SPMSM）和插入式永磁同步电机（简称IPMSM），具有普适性好的优点。CN103346726ACN1034672ACN103346726A权利要求书1/3页1.一种基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、采集永磁同步电机在αβ坐标系下的定子电压相量uαβ、定子电流相量iαβ和转子电角速度ω；步骤二、在αβ坐标系下建立永磁同步电机的状态空间表达式为：式（1）中，ψαβ为扩展磁链，为ψαβ的微分，y为输出相量，Rs为定子电阻，Lq为交轴电感，p为微分算子，根据式（1）建立形如式（2）的扩展磁链观测器对ψαβ进行观测：式（2）中，为ψαβ的观测值，为的微分，为输出相量y的观测值，反馈增益矩阵ρ为正实数；步骤三、对式（1）中第二式进行整理并积分得：∫(uαβ-Rsiαβ)＝Lqiαβ+ψαβ（3）式（3）等式左边为定子磁链的纯积分观测表达式，由此得定子磁链与扩展磁链的关系为：ψs＝Lqiαβ+ψαβ(4)根据式（4）得，在采用扩展磁链观测器实现扩展磁链观测时，定子磁链观测值的表达式为：式（5）中，为实际使用的交轴电感值。2.根据权利要求1所述的一种基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法，其特征在于，步骤一中所述的永磁同步电机在αβ坐标系下的定子电压相量uαβ的采集方式包括以下两种：（1）采样得到实时测得的永磁同步电机定子线电压uab和ubc并经式（6）的坐标变换获得uαβ，2CN103346726A权利要求书2/3页（2）直接采用电机控制器运算单元计算出的逆变器调制信号代替uαβ。3.根据权利要求1所述的一种基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法，其特征在于，步骤一中所述的永磁同步电机在αβ坐标系下的定子电流相量iαβ的采集过程如下：（1）采样得到实时测得的永磁同步电机三相定子电流iA、iB、iC，（2）利用公式（7）的坐标变换获得永磁同步电机在αβ坐标系下定子电流相量iαβ：4.根据权利要求1所述的一种基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法，其特征在于，步骤一中所述的永磁同步电机在αβ坐标系下的转子电角速度ω的采集过程如下：（1）在相邻采样时刻t1、t2采样安装在电机轴上的光电式旋转编码器发出的脉冲数N1、N2，所述相邻采样时刻之差为采样周期T，（2）根据转子电角速度ω与光电式旋转编码器的脉冲采样值N1、N2以及采样周期T之间的关系可以计算出转子电角速度ω，其表达式为：上式中，M为光电式旋转编码器旋转一周产生的脉冲数，N为永磁同步电机极对数。5.根据权利要求1所述的一种基于扩展磁链观测器的永磁同步电机定子磁链观测方法，其特征在于，步骤二所述的永磁同步电机的状态空间表达式（1）按如下步骤得到：首先，将永磁同步电机在两相同步旋转坐标系即dq坐标系下的电压方程写作如下形式：式（8）中，d表示直轴分量，q表示交轴分量，ud和uq为定子电压，id和iq为定子电流，Ld为直轴电感，ψf为转子永磁体磁链；将式（8）所示的永磁同步电机电压方程重新表述为如下形式：其次，选定式（9）中等式右边第三项为0，并将式（9）变换到αβ坐标系下得如下形式：3CN103346726A权利要求书3/3页uαβ＝Rsiαβ+Lqpiαβ+pψαβ（10）