CN103560738A - 一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统及其观测方法 - Google Patents

一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统及其观测方法 Download PDF

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CN103560738A CN201310601618.9A CN201310601618A CN103560738A CN 103560738 A CN103560738 A CN 103560738A CN 201310601618 A CN201310601618 A CN 201310601618A CN 103560738 A CN103560738 A CN 103560738A
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Abstract

一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统及其观测方法，属于电机控制领域。它为解决现有逆变器非线性补偿和电感精确建模方法都不能有效地减小6次谐波的问题。本观测器包括反电动势估测器、基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置和正交锁相环，该观测方法为首先通过模型法获得反电动势估测信息，然后进行基于二阶广义积分器的多指定谐波消除算法的信号处理，进行反电动势5次、7次谐波检测、补偿、进而消除转子位置观测值中6次谐波脉动误差，最后通过正交锁相环获得转子位置观测值。本发明用于消除适用于中高速无位置传感器永磁同步电机控制技术模型法中6次转子脉动误差的消除方法中。

Description

一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统及其观测方法
技术领域
本发明属于电机控制领域。
背景技术
近年来，随着电机控制理论、永磁体材料科学、电力电子集成化技术以及高性能微处理器的发展，集成的先进控制技术的永磁同步电机调速系统在工业中得到了广泛的应用，如电梯、数控机床、机器人及变频器等领域中。与传统的异步电机相比，永磁同步电机具有体积小、重量轻、运行可靠、功率密度高、调速性能好和对环境的适应性强等诸多优点，故永磁同步电机调速系统逐渐成为交流调速传动领域的研究热点。
为了获得高性能永磁同步电机调速系统，转子的位置及转速检测是一个必不可少的重要环节。传统的方法是在转子轴上安装速度或位置传感器，如光电编码器、旋转变压器、霍尔传感器或测速发电机等机械速度位置传感器，尽管这些机械传感器具有高精度、高分辨率等优点，然而它们的安装增加了系统成本和体积、降低系统的可靠性，并且限制了永磁同步电机的应用场合。因此，永磁同步电机的无传感器控制技术逐渐成为了目前电机控制技术领域的研究热点之一。永磁同步电机无位置传感器控制主要是利用电机的数学模型通过估算出含有磁极位置信息的磁链或反电动势等，再间接算出转子角度。但目前还没有一种单一的无位置传感器控制技术，能够适用于各种永磁同步电机在全速域中的稳定运行。按照永磁同步电机无位置传感器技术的适用范围，通常将其分成两类：一类是适用于中高速的无位置传感器技术，另一类是适用于低速包括零速的无位置传感器技术，分别是根据电机基频数学模型和凸极结构特性来实现的。适用于中高速的永磁同步电机无位置传感器技术通过基频激励的反电动势或者磁链模型来观测转子位置/速度信息，而不需要利用电机的凸极，这使得适用于中高速的无位置传感器技术应用更广泛，而且相对简单。目前，采用模型法的无传感器控制技术主要包括开环磁链法、扰动观测系统法、滑模观测系统法、有效磁链观测系统法、扩展卡尔曼滤波器法、模型参考自适应法和基于人工智能理论方法等。
然而，采用适用于中高速的无位置传感器永磁同步电机控制技术，即模型法观测转子位置需要电机参数信息，参数的不确定性将会导致直流偏移转子位置观测误差。通过在线参数辨识能够在一定程度上减小直流偏移转子位置误差，然而精确的参数辨识难以实现，同时增加了系统的复杂性。由于逆变器非线性和转子磁通空间谐波的影响，两相静止坐标下的反电动势会含有5次、7次谐波，进而导致转子位置观测误差中含有6次谐波脉动。传统的方法是采用平均电压方法进行逆变器非线性补偿，或采用电感精确建模方法削弱转子磁通空间谐波影响。然而，在实际应用过程中，逆变器非线性补偿和电感精确建模方法都不能有效地减小6次谐波，消除其影响。直流偏移和6次谐波脉动转子位置观测误差的存在，恶化了无位置传感器永磁同步电机控制性能。因此，对于无位置传感器永磁同步电机控制系统，消除6次谐波脉动转子位置误差的影响至关重要。
发明内容
本发明目的是为了解决现有逆变器非线性补偿和电感精确建模方法都不能有效地减小6次谐波，消除其影响，从而在观测值中含有6次谐波脉动观测误差问题，提出了一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统及其观测方法。
本发明所述一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，它包括反电动势估测器、基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置和正交锁相环；
反电动势估测器1包括两个比例积分单元、五个减法器单元、一个加法器单元、四个比例增益单元、两个乘法器单元、两个带系数1/Ld积分单元1/Lds和两个反相器单元；
所述反电动势估测器1上分别设置有两相静止坐标下α轴的定子电压
Figure BDA0000421293400000021
输入端口、β轴的定子电压
Figure BDA0000421293400000022
输入端口、α轴的定子电流iα输入端口、β轴的定子电流iβ输入端口和转子角速度观测值
Figure BDA0000421293400000023
输入端口；
所述四个比例增益单元分别为两个增益为Ld-Lq的比例增益单元和两个增益为R的比例增益单元；
所述第一个减法器单元的α轴定子电流信号iα输入端即为反电动势估测器2的α轴定子电流信号iα输入端，且所述α轴定子电流信号iα作为第一个减法器单元的被减数；
所述第一个带系数1/Ld积分单元1/Lds的α轴定子电流观测信号
Figure BDA0000421293400000024
输出端与第一个减法器单元的α轴定子电流观测信号
Figure BDA0000421293400000025
输入端连接，作为第一个减法器单元的减数；
所述第一个减法器单元的α轴定子电流观测误差信号输出端与第一个比例积分单元kp+ki/s的输入端连接；
所述第一个比例积分单元kp+ki/s的α轴反电动势估测信号反相值输出端与第二个减法器单元的一号输入端连接；
所述第一个增益为R的比例增益单元输入端信号即为第一个带系数1/Ld积分单元1/Lds的α轴定子电流观测信号
Figure BDA0000421293400000026
输出端信号；
所述第一个增益为R的比例增益单元的α轴定子电阻压降估测值输出信号与所述第二个减法器单元的三号输入端连接，且作为所述第二个减法器单元的减数；
所述第一个反相器单元的输入端与所述第一个比例积分单元kp+ki/s的α轴反电动势估测信号反相值输出端连接，所述第一个反相器单元的输出端即为定子α轴反电动势估测信号
Figure BDA0000421293400000031
所述第三个减法器单元的α轴定子给定电压
Figure BDA0000421293400000032
输入端即为所述反电动势估测器2的α轴定子给定电压
Figure BDA0000421293400000033
输入端，且作为所述第三个减法器单元的被减数；所述第三个减法器单元的输出端与所述第二个减法器单元的二号输入端连接，与所述第二个减法器单元的一号输入端信号相加之和作为所述第二个减法器单元的被减数；
所述一号乘法器单元的一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的转子角速度估测值
Figure BDA0000421293400000034
输入端信号，所述一号乘法器单元的另一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的β轴的定子电流iβ输入端信号；
所述第一个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输入端信号即为一号乘法器单元的输出端信号，所述第一个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输出端信号
Figure BDA0000421293400000035
与所述第三个减法器单元的输入端连接，且作为所述第三个减法器单元的减数；
所述第四个减法器单元的β轴的定子电流iβ输入信号即为所述反电动势估测器2的β轴的定子电流iβ输入信号；
所述第二个带系数1/Ld积分单元1/Lds的β轴定子电流估测信号
Figure BDA0000421293400000036
与所述第四个减法器单元的输入端连接，且作为所述第四个减法器单元的减数；同时所述第二个带系数1/Ld积分单元1/Lds的β轴定子电流估测信号
Figure BDA0000421293400000037
与所述第二个增益为R的比例增益单元的输入端连接；
所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子电流观测误差信号输入端即为所述第四个减法器单元的β轴定子电流观测误差输出端信号；
所述第五个减法器单元的一号输入端与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出端连接，所述第五个减法器单元的二号输如端与所述第二个增益为R的比例增益单元的β轴定子电阻压降输出端连接，且作为所述第五个减法器单元的减数；
所述二号乘法器单元的一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的转子速度观测值输入端信号，所述二号乘法器单元的另一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的α轴的定子电流iα输入端信号；
所述第二个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输入端信号即为二号乘法器单元的输出端信号，所述第二个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输出端信号
Figure BDA0000421293400000042
与所述加法器单元的一号输入端连接；
所述加法器单元的二号输入端即β轴的定子给定电压
Figure BDA0000421293400000043
信号也即为所述反电动势估测器1的β轴的定子给定电压
Figure BDA0000421293400000044
输入端，所述加法器单元的输出端与所述第五个减法器单元的三号输入端连接，且与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出信号相加作为所述第五个减法器单元的被减数；
所述第二个反相器单元的输入端与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出端连接，所述第二个反相器单元的输出端即为所述反电动势估测器2的β轴的估测反电动势输出端；
所述反电动势估测器1的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000046
输出端连接基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000047
输入端；
所述反电动势估测器1的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000048
输出端连接基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000049
输入端；
所述基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴反电动势基波成分
Figure BDA00004212934000000410
输出端与正交锁相环3的α轴反电动势基波成分
Figure BDA00004212934000000411
的输入端连接；
所述基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴反电动势基波成分
Figure BDA00004212934000000412
输出端与正交锁相环3的β轴反电动势基波成分
Figure BDA00004212934000000413
的输入端连接；
所述正交锁相环3分别输出转子角速度观测值
Figure BDA00004212934000000414
和转子位置观测值
一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统实现转子位置观测的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据内置式永磁同步电机的电压方程结合扩展反电动势建立反电动势估测器，并采用反电动势估测器获得永磁同步电机两相静止坐标下的α轴估测反电动势信号
Figure BDA00004212934000000416
和β轴估测反电动势信号
Figure BDA00004212934000000417
步骤二、通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置消除α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000051
中的5次和7次谐波，得到α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置输出观测项α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000052
通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置消除β轴观测反电动势信息中的5次和7次谐波，得到β轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置输出观测项β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000054
步骤三、将步骤二所得到的α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000055
和β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000056
分别与正交锁相环的正弦输出信号和余弦输出信号相乘，并将相乘后的乘积相加后取反，从而得到转子位置偏差信号εfh；
步骤四、由正交锁相环从反电动势信息中获取转子位置观测值
Figure BDA0000421293400000057
本发明的优点：本发明涉及一种用于消除适用于中高速无位置传感器永磁同步电机控制技术模型法中6次转子脉动误差的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除方法，首先通过模型法获得反电动势估测信息，然后进行基于二阶广义积分器的多指定谐波消除算法的信号处理，进行反电动势5次、7次谐波检测、补偿、进而消除转子位置观测值中6次谐波脉动误差，最后通过正交锁相环获得转子位置观测值。
本发明采用的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置消除转子位置观测值中6次脉动误差方法，简单易行、可靠实用，能够有效抑制转子位置观测值中6次脉动误差影响，提高了无位置传感器永磁同步电机控制性能，可广泛应用到永磁同步电机控制系统中，不需要额外硬件，并可以获得较满意的控制性能。
附图说明
图1是具体实施方式一中所述的一种抑制位置脉动误差的永磁同步电机转子位置观测系统的结构示意图；
图2是具体实施方式一中所述的反电动势估测器的结构示意图；
图3是具体实施方式二所述的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置的结构示意图；
图4是具体实施方式三中所述的二阶广义积分器单元的结构示意图；
图5是具体实施方式四所述的锁频环的原理框图；
图6为两相静止轴系、两相同步旋转轴系和三相静止轴系的关系示意图；其中dq表示两相同步旋转轴系，αβ表示两相静止轴系，ABC表示三相静止轴系；
图7永磁同步电机转速给定值
Figure BDA0000421293400000061
为500r/min，带额定负载时基于二阶广义积分器的多指定谐波消除方法使能前后的实验波形，其中虚线左边为使能前，虚线右边为使能后。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式所述一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，它包括反电动势估测器、基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置和正交锁相环；反电动势估测器1包括两个比例积分单元、五个减法器单元、一个加法器单元、四个比例增益单元、两个乘法器单元、两个带系数1/Ld积分单元1/Lds和两个反相器单元；
所述反电动势估测器1上分别设置有两相静止坐标下α轴的定子电压
Figure BDA0000421293400000062
输入端口、β轴的定子电压
Figure BDA0000421293400000063
输入端口、α轴的定子电流iα输入端口、β轴的定子电流iβ输入端口和转子角速度观测值输入端口；
所述四个比例增益单元分别为两个增益为Ld-Lq的比例增益单元和两个增益为R的比例增益单元；
所述第一个减法器单元的α轴定子电流信号iα输入端即为反电动势估测器2的α轴定子电流信号iα输入端，且所述α轴定子电流信号iα作为第一个减法器单元的被减数；
所述第一个带系数1/Ld积分单元1/Lds的α轴定子电流观测信号
Figure BDA0000421293400000065
输出端与第一个减法器单元的α轴定子电流观测信号
Figure BDA0000421293400000066
输入端连接，作为第一个减法器单元的减数；
所述第一个减法器单元的α轴定子电流观测误差信号输出端与第一个比例积分单元kp+ki/s的输入端连接；
所述第一个比例积分单元kp+ki/s的α轴反电动势估测信号反相值输出端与第二个减法器单元的一号输入端连接；
所述第一个增益为R的比例增益单元输入端信号即为第一个带系数1/Ld积分单元1/Lds的α轴定子电流观测信号
Figure BDA0000421293400000067
输出端信号；
所述第一个增益为R的比例增益单元的α轴定子电阻压降估测值输出信号与所述第二个减法器单元的三号输入端连接，且作为所述第二个减法器单元的减数；
所述第一个反相器单元的输入端与所述第一个比例积分单元kp+ki/s的α轴反电动势估测信号反相值输出端连接，所述第一个反相器单元的输出端即为定子α轴反电动势估测信号
Figure BDA0000421293400000071
所述第三个减法器单元的α轴定子给定电压
Figure BDA0000421293400000072
输入端即为所述反电动势估测器2的α轴定子给定电压
Figure BDA0000421293400000073
输入端，且作为所述第三个减法器单元的被减数；所述第三个减法器单元的输出端与所述第二个减法器单元的二号输入端连接，与所述第二个减法器单元的一号输入端信号相加之和作为所述第二个减法器单元的被减数；
所述一号乘法器单元的一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的转子角速度估测值
Figure BDA0000421293400000074
输入端信号，所述一号乘法器单元的另一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的β轴的定子电流iβ输入端信号；
所述第一个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输入端信号即为一号乘法器单元的输出端信号，所述第一个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输出端信号
Figure BDA0000421293400000075
与所述第三个减法器单元的输入端连接，且作为所述第三个减法器单元的减数；
所述第四个减法器单元的β轴的定子电流iβ输入信号即为所述反电动势估测器2的β轴的定子电流iβ输入信号；
所述第二个带系数1/Ld积分单元1/Lds的β轴定子电流估测信号
Figure BDA0000421293400000076
与所述第四个减法器单元的输入端连接，且作为所述第四个减法器单元的减数；同时所述第二个带系数1/Ld积分单元1/Lds的β轴定子电流估测信号
Figure BDA0000421293400000077
与所述第二个增益为R的比例增益单元的输入端连接；
所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子电流观测误差信号输入端即为所述第四个减法器单元的β轴定子电流观测误差输出端信号；
所述第五个减法器单元的一号输入端与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出端连接，所述第五个减法器单元的二号输如端与所述第二个增益为R的比例增益单元的β轴定子电阻压降输出端连接，且作为所述第五个减法器单元的减数；
所述二号乘法器单元的一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的转子速度观测值
Figure BDA0000421293400000078
输入端信号，所述二号乘法器单元的另一个输入端信号即为所述反电动势估测器1的α轴的定子电流iα输入端信号；
所述第二个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输入端信号即为二号乘法器单元的输出端信号，所述第二个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输出端信号
Figure BDA0000421293400000081
与所述加法器单元的一号输入端连接；
所述加法器单元的二号输入端即β轴的定子给定电压
Figure BDA0000421293400000082
信号也即为所述反电动势估测器1的β轴的定子给定电压
Figure BDA0000421293400000083
输入端，所述加法器单元的输出端与所述第五个减法器单元的三号输入端连接，且与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出信号相加作为所述第五个减法器单元的被减数；
所述第二个反相器单元的输入端与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出端连接，所述第二个反相器单元的输出端即为所述反电动势估测器2的β轴的估测反电动势
Figure BDA0000421293400000084
输出端；
所述反电动势估测器1的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000085
输出端连接基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴估测反电动势信号输入端；
所述反电动势估测器1的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000087
输出端连接基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000088
输入端；
所述基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000089
输出端与正交锁相环3的α轴反电动势基波成分的输入端连接；
所述基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴反电动势基波成分
Figure BDA00004212934000000811
输出端与正交锁相环3的β轴反电动势基波成分
Figure BDA00004212934000000812
的输入端连接；
所述正交锁相环3分别输出转子角速度观测值和转子位置观测值
具体实施方式二：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2包括六个二阶广义积分器单元、锁频环单元、四个比例增益单元和十二个减法器单元；
所述第一个二阶广义积分器单元、第二个二阶广义积分器单元和第三个二阶广义积分器单元依次输出提取出来的α轴估测反电动势基波
Figure BDA00004212934000000815
α轴估测反电势5次谐波
Figure BDA00004212934000000816
和α轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA00004212934000000817
所述第四个二阶广义积分器单元、第五个二阶广义积分器单元和第六个二阶广义积分器单元依次输出提取出来的β轴估测反电动势基波
Figure BDA00004212934000000818
β轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000000819
和β轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA00004212934000000820
所述反电动势估测器1的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000091
输出端同时连接第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000092
输入端、第二个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000093
输入端和第三个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000094
输入端；
所述反电动势估测器1的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000095
输出端同时连接第四个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000096
输入端、第五个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势信号输入端和第六个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000098
输入端；
所述第一个减法器单元的α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000099
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴估测反电动势信号输入端，且所述α轴估测反电动势信号作为第一个减法器单元的被减数；
所述第二个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000000912
输出端与第一个减法器单元的α轴估测反电动势5次谐波输入端连接：且所述的α轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000000914
作为第一个减法器单元的减数；
所述第一个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第二个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输入端，且第一个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出作为第二个减法器单元的被减数；
所述第三个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA00004212934000000915
输出端连接第二个减法器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA00004212934000000916
输入端，且所述的α轴估测反电动势7次谐波作为第二个加法器单元的减数；
所述第二个减法器单元的去5、7次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第一个二阶广义积分器单元的信号输入端；
所述锁频环单元的自适应频率信号ωf输出端连接第一个二阶广义积分器单元的频率ωf输入端；
第三个减法器单元的α轴估测反电动势
Figure BDA0000421293400000101
输入端也即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴估测反电动势
Figure BDA0000421293400000102
输入端，且所述α轴估测反电动势
Figure BDA0000421293400000103
作为第三个减法器单元的被减数；
所述第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000104
输出端连接第三个减法器单元的α轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000105
输入端，且所述α轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000106
作为第三个减法器单元的减数；
所述第三个减法器单元的去基波的α轴估测反电动势信号输出端连接第四个减法器单元的去基波的α轴估测反电动势信号输入端，且第三个减法器单元的去基波的α轴估测反电动势信号输出作为第四个减法器单元的被减数；
所述第三个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA0000421293400000107
的输出端连接第四个减法器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA0000421293400000108
输入端，且所述的α轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA0000421293400000109
作为第四个减法器单元的减数；
所述第四个减法器单元的去基波和7次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第二个二阶广义积分器单元的去基波和7次谐波的α轴估测反电动势信号输入端；
所述锁频环单元的自适应频率信号ωf输出端连接第一个比例增益单元的自适应频率信号ωf输入端；
所述第一个比例增益单元的频率输出端连接第二个二阶广义积分器单元的频率输入端；
所述第五个减法器单元的α轴估测反电动势信息
Figure BDA00004212934000001010
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的α轴估测反电动势信息
Figure BDA00004212934000001011
输入端，且所述α轴估测反电动势信息
Figure BDA00004212934000001012
作为第五个减法器单元的被减数；
所述第二个二阶广义积分器单元的α轴反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000001013
输出端连接第五个减法器单元的α轴反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000001014
输入端，且所述的α轴反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000001015
作为第五个减法器单元的减数；
所述第五个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第六个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输入端，且第五个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出作为第六个减法器单元的被减数；
所述第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000111
输出端连接第六个减法器单元的α轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000112
输入端，且所述的α轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000113
作为第六个减法器单元的减数；
所述第六个减法器单元的去基波和5次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第三个二阶广义积分器单元的去基波和5次谐波的α轴估测反电动势信号输入端；
所述锁频环单元的自适应频率信号ωf输出端连接第二个比例增益单元的的自适应频率信号ωf输入端；
所述第二个比例增益单元的自适应频率输出端连接第三个二个广义积分器单元的的自适应频率输入端；
所述第七个减法器单元的β轴输出估测项
Figure BDA0000421293400000114
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴输出估测项输入端，且所述的β轴输出估测项作为第七个减法器单元的被减数；
所述第五个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA0000421293400000117
输出端与第七个减法器单元的输入端连接：且所述的β轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA0000421293400000118
作为第七个减法器单元的减数；
所述第七个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第八个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输入端，且该第七个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出作为第八个减法器单元的被减数；
所述第六个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势7次谐波输出端连接第八个减法器单元的输入端，且所述的β轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA00004212934000001110
作为第八个减法器单元的减数；
所述第八个减法器单元的去5、7次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第四个二阶广义积分器单元的去5、7次谐波的β轴估测反电动势信号输入端；
第九个减法器单元的β轴估测反电动势
Figure BDA00004212934000001111
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴估测反电动势输入端，且所述β轴估测反电动势
Figure BDA00004212934000001113
作为第九个减法器单元的被减数；
所述第四个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000121
输出端连接第九个减法器单元的β轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000122
输入端，且所述的β轴估测反电动势基波
Figure BDA0000421293400000123
作为第九个减法器单元的减数；
所述第九个减法器单元的去基波的β轴估测反电动势信号输出端连接第十个减法器单元的去基波的β轴估测反电动势信号输入端，且第九个减法器单元的输出作为第十个减法器单元的被减数；
所述第六个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势7次谐波的输出端连接第十个减法器单元的β轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA0000421293400000125
输入端，且所述的β轴估测反电动势7次谐波
Figure BDA0000421293400000126
作为第十个减法器单元的减数；
所述第十个减法器单元的去基波和7次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第五个二阶广义积分器单元的去基波和7次谐波的β轴估测反电动势信号输入端；
所述第十一个减法器单元的β轴估测反电动势信息
Figure BDA0000421293400000127
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2的β轴估测反电动势信息
Figure BDA0000421293400000128
输入端，且所述β轴估测反电动势信息
Figure BDA0000421293400000129
作为第十一个减法器单元的被减数；
所述第五个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000001210
输出端连接第五个减法器单元的β轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000001211
输入端，且所述β轴估测反电动势5次谐波
Figure BDA00004212934000001212
作为第十一个减法器单元的减数；
所述第十一个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第十二个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输入端，且第十一个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出作为第十二个减法器单元的被减数；
所述第四个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势基波
Figure BDA00004212934000001213
输出端连接第十二个减法器单元的β轴估测反电动势基波
Figure BDA00004212934000001214
输入端，且所述的β轴估测反电动势基波
Figure BDA00004212934000001215
作为第十二个减法器单元的减数；
所述第十二个减法器单元的去基波和5次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第六个二阶广义积分器单元的去基波和5次谐波的β轴估测反电动势信号输入端；
所述第一个二阶广义积分器单元的输出端信号qα和εα和第四个二阶广义积分器单元的输出端信号qβ和εβ即为锁频环单元的四个输入信号。
具体实施方式三：下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对实施方式二中所述的二阶广义积分器单元作进一步说明，本实施方式所述的二阶广义积分器单元是以实施方式二中所述的第一个二阶广义积分器单元为例进行说明的，本实施方式所述的二阶广义积分器单元包括一号减法器单元、二号减法器单元、比例增益单元、一号乘法器单元、二号乘法器单元、一号积分单元和二号积分单元；
所述一号减法器单元的去5、7次谐波的α轴估测反电动势信号输入端即为所述二阶广义积分器单元的去5、7次谐波的α轴估测反电动势信号输入端，且该输入端信号作为所述一号减法器单元的被减数；
所述二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波信号输出端与所述一号减法器单元的α轴估测反电动势基波信号输入端连接，且该信号作为所述一号减法器单元的减数；
所述一号减法器单元的α轴估测反电动势基波观测误差信号εα输出端即为所述二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波观测误差信号εα输出端，同时与所述比例增益单元的输入端连接；
所述比例增益单元的kε信号输出端与所述二号减法器单元的kε信号输入端连接，且该信号作为所述二号减法器单元的被减数；
所述一号乘法器单元的一个输入端与所述二号减法器单元的输出端连接，所述一号乘法器单元的另一个频率ωf输入端即为所述二阶广义积分器单元的自适应频率ωf输入端；
所述一号积分单元的输入端与所述一号乘法器单元的输出端连接，所述一号积分单元的α轴估测反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000131
输出端即为所述二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波信号输出端；
所述二号积分单元的输入端与所述一号积分单元的α轴估测反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000133
输出端连接，所述二号积分单元的输出端与所述二号乘法器单元的一个输入端连接；
所述二号乘法器单元的频率ωf输入端即为所述二阶广义积分器单元的自适应频率ωf输入端，所述二号乘法器单元的输出端即为所述二阶广义积分器单元的正交信号qα输出端，同时为所述二号减法器单元的另一个信号输入端，作为所述二号减法器单元的减数。
具体实施方式四：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式对实施方式二中所述的锁频环作进一步说明，本实施方式所述的锁频环包括三个乘法器单元、两个加法器单元、两个平方模块单元、两个比例增益单元、一个积分单元和一个除法器单元；
所述锁频环的qα信号输入端和εα信号输入端分别为具体实施方式二中所述的第一个二阶广义积分器单元的qα信号输出端和εα信号输出端；
所述锁频环的qβ信号输入端和εβ信号输入端分别为具体实施方式二中所述的第四个二阶广义积分器单元的qβ信号输出端和εβ信号输出端；
所述锁频环的
Figure BDA0000421293400000141
信号输入端即为具体实施方式二中所述的第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000142
输出端；
所述锁频环的
Figure BDA0000421293400000143
信号输入端即为具体实施方式二中所述的第四个二阶广义积分器单元的β轴反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000144
输出端；
所述第一个乘法器单元的两个输入端即为所述锁频环的qα信号输入端和εα信号输入端；
所述第二个乘法器单元的两个输入端即为所述锁频环的qβ信号输入端和εβ信号输入端；
所述第一个加法器单元的两个输入端分别为所述第一个乘法器单元和所述第二个乘法器单元的两个输出端；
所述第一个比例增益单元的εf输入端即为所述第一个加法器单元的εf输出端；
所述第一个平方模块单元的输入端即为所述锁频环的β轴反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000145
输入端；所述第二个平方模块单元的输入端即为所述锁频环的α轴估测反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000146
输入端；
所述第二个加法器单元的两个输入端分别为所述第一个平方模块单元和所述第二个平方模块单元的两个输出端；
所述除法器单元的分子输入端num即为所述锁频环的频率ωf输出端，所述除法器单元的分母输入端den即为所述第二个加法器单元的输出端；
所述第二个比例增益单元的输入端与所述除法器单元的输出端连接；
所述第三个乘法器单元的两个输入端分别与所述第一个比例增益单元和所述第二个比例增益单元的输出端连接；
所述积分单元的输入端与所述第三个乘法器单元的输出端连接，所述积分单元的频率ωf输出端即为所述锁频环的频率ωf输出端。
具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式所述的正交锁相环3包括一号乘法器、二号乘法器、加法器、余弦单元、正弦单元、比例积分单元和积分单元；
所述比例积分单元为kp+ki/s；所述积分单元为1/s；
所述一号乘法器的α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000151
输入端即为正交锁相环3的α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000152
输入端；
所述二号乘法器的β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000153
输入端即为正交锁相环3的β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000154
输入端；
所述一号乘法器的α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000155
与正弦单元输出信号相乘后的数值信号输出端连接加法器的数值信号输入端；
所述二号乘法器的β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000156
与余弦单元输出信号相乘后的数值信号输出端连接加法器的数值信号输入端；
所述加法器的转子位置偏差信号εfh输出端连接比例积分单元的转子位置偏差信号εfh输入端；
所述比例积分单元的转子角速度观测值
Figure BDA0000421293400000157
输出端连接积分单元的转子角速度观测值输入端；
所述比例积分单元的转子角速度观测值
Figure BDA0000421293400000159
输出端还作为正交锁相环3的转子角速度观测值
Figure BDA00004212934000001510
输出端；
所述积分单元的转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001511
输出端同时连接余弦单元的转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001512
输入端和正弦单元的转子位置观测值输入端；
所述积分单元的转子位置观测值输出端同时作为正交锁相环3的转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001515
输出端；
所述正弦单元
Figure BDA00004212934000001516
的正弦信号输出端连接一号乘法器的正弦信号输入端；
所述余弦单元
Figure BDA0000421293400000161
的余弦信号输出端连接二号乘法器的余弦信号输入端。
具体实施方式六：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统实现转子位置观测的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据内置式永磁同步电机的电压方程结合扩展反电动势建立反电动势估测器1，并采用反电动势估测器1获得永磁同步电机两相静止坐标下的α轴估测反电动势信号和β轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000163
步骤二、通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2消除α轴估测反电动势信号
Figure BDA0000421293400000164
中的5次和7次谐波，得到α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2输出观测项α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000165
通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2消除β轴观测反电动势信息
Figure BDA0000421293400000166
中的5次和7次谐波，得到β轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2输出观测项β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000167
步骤三、将步骤二所得到的α轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000168
和β轴反电动势基波成分
Figure BDA0000421293400000169
分别与正交锁相环3的正弦输出信号和余弦输出信号相乘，并将相乘后的乘积相加后取反，从而得到转子位置偏差信号εfh；
步骤四、由正交锁相环3从反电动势信息中获取转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001610
具体实施方式七：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，本实施方式所述的步骤二所述的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2消除α轴的估测反电动势信息中的5次和7次谐波，得到α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2输出观测项的信号处理过程为：
步骤a、取第一个和第四个二阶广义积分器单元的输出信号qα、εα、qβ和εβ作为锁频环单元的输入信号；
步骤b、锁频环单元的自适应频率输出ωf乘以5倍和7倍增益分别作为第二、第五个和第三个、第六个二阶广义积分器单元的频率输入信号；
步骤c、反电动势估测器的α轴估测反电动势值
Figure BDA00004212934000001613
输出减去第二个和第三个二阶广义积分器单元的输出信号
Figure BDA0000421293400000171
和
Figure BDA0000421293400000172
作为第一个二阶广义积分器单元的输入，该二阶广义积分器单元的输出即为估测反电动势基波信号
Figure BDA0000421293400000173
步骤d、反电动势估测器的α轴估测反电动势值
Figure BDA0000421293400000174
输出减去第一个和第三个二阶广义积分器单元的输出信号
Figure BDA0000421293400000175
和
Figure BDA0000421293400000176
作为第二个二阶广义积分器单元的输入，该二阶广义积分器单元的输出即为观测反电动势5次谐波分量
Figure BDA0000421293400000177
步骤e、反电动势估测器的α轴估测反电动势值输出减去第一个和第二个二阶广义积分器单元的输出信号
Figure BDA0000421293400000179
和
Figure BDA00004212934000001710
作为第三个二阶广义积分器单元的输入，该二阶广义积分器单元的输出即为观测反电动势7次谐波分量
具体实施方式八：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，本实施方式所述的所述步骤四中的正交锁相环3从反电动势估测信息中获取转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001712
的方法为：转子位置偏差信号εfh首先经过比例积分单元调节，然后经过一个积分器，可得转子位置观测值。
这种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，它包括反电动势估测器、基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置和正交锁相环。反电动势估测器设有两相静止坐标下α轴的定子电压
Figure BDA00004212934000001713
输入端、β轴的定子电压输入端、α轴的定子电流iα输入端、β轴的定子电流iβ输入端和转子角速度观测值
Figure BDA00004212934000001715
输入端，该反电动势估测器的α轴估测反电动势信息
Figure BDA00004212934000001716
输出端与基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置的α轴反电动势信息输入端连接，该反电动势估测器的β轴估测反电动势信息
Figure BDA00004212934000001718
输出端与基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置的β轴反电动势信息
Figure BDA00004212934000001719
输入端连接，基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置的α轴反电动势基波成分输出与正交锁相环的正弦信号
Figure BDA00004212934000001721
作为正交锁相环中第一个乘法器的两个输入，基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置的β轴反电动势基波成分输出与正交锁相环的余弦信号
Figure BDA00004212934000001723
作为正交锁相环中第二个乘法器的两个输入，两个乘法器的输出信号相加取反后得到的转子位置偏差信号εfh作为比例积分单元的输入，比例积分单元的转子角速度观测值
Figure BDA00004212934000001724
输出端即为正交锁相环的转子角速度观测值
Figure BDA00004212934000001725
输出端，且该输出端同时与积分单元的转子角速度观测值
Figure BDA00004212934000001726
输入端相连，积分单元的输出端为转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001727
正交锁相环设置有转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001728
输出端和转子角速度观测值
Figure BDA0000421293400000181
输出端。
采用一种抑制位置脉动误差的永磁同步电机转子位置观测系统实现转子位置观测的方法，包括以下步骤：
步骤一、基于内置式永磁同步电机扩展反电动势模型，采用PI型状态观测系统的反电动势估测器获得永磁同步电机两相静止坐标下的α轴反电动势估测信息
Figure BDA0000421293400000182
和β轴反电动势估测信息
Figure BDA0000421293400000183
步骤二、通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2消除α轴反电动势信息
Figure BDA0000421293400000184
中的5次和7次谐波，得到α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置反电动势基波输出观测项
Figure BDA0000421293400000185
和通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置2消除β轴反电动势信息
Figure BDA0000421293400000186
中的5次和7次谐波，得到β轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置反电动势基波输出观测项
Figure BDA0000421293400000187
步骤三、将步骤二所述的α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置反电动势基波输出观测项
Figure BDA0000421293400000188
和β轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置反电动势基波输出观测项
Figure BDA0000421293400000189
分别通过与正交锁相环3的正弦输出信号和余弦输出信号相乘后，再相加取反得到转子位置偏差信号εfh,
步骤四、采用正交锁相环3从反电动势基波信息中获取转子位置观测值
Figure BDA00004212934000001810
工作原理：本发明涉及一种用于消除适用于中高速无位置传感器永磁同步电机控制技术模型法中6次转子脉动误差的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除方法，首先通过模型法获得反电动势估测信息，然后进行基于二阶广义积分器的多指定谐波消除算法的信号处理，进行反电动势5次、7次谐波检测、补偿、进而消除转子位置观测值中6次谐波脉动误差，最后通过正交锁相环获得转子位置观测值。

Claims (8)

1.一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，其特征在于，它包括反电动势估测器（1）、基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）和正交锁相环（3）；
反电动势估测器（1）包括两个比例积分单元、五个减法器单元、一个加法器单元、四个比例增益单元、两个乘法器单元、两个带系数1/Ld积分单元1/Lds和两个反相器单元；
所述反电动势估测器（1）上分别设置有两相静止坐标下α轴的定子电压
Figure FDA0000421293390000011
输入端口、β轴的定子电压输入端口、α轴的定子电流iα输入端口、β轴的定子电流iβ输入端口和转子角速度观测值
Figure FDA0000421293390000013
输入端口；
所述四个比例增益单元分别为两个增益为Ld-Lq的比例增益单元和两个增益为R的比例增益单元；
所述第一个减法器单元的α轴定子电流信号iα输入端即为反电动势估测器（2）的α轴定子电流信号iα输入端，且所述α轴定子电流信号iα作为第一个减法器单元的被减数；
所述第一个带系数1/Ld积分单元1/Lds的α轴定子电流观测信号输出端与第一个减法器单元的α轴定子电流观测信号
Figure FDA0000421293390000015
输入端连接，作为第一个减法器单元的减数；
所述第一个减法器单元的α轴定子电流观测误差信号输出端与第一个比例积分单元kp+ki/s的输入端连接；
所述第一个比例积分单元kp+ki/s的α轴反电动势估测信号反相值输出端与第二个减法器单元的一号输入端连接；
所述第一个增益为R的比例增益单元输入端信号即为第一个带系数1/Ld积分单元1/Lds的α轴定子电流观测信号输出信号；
所述第一个增益为R的比例增益单元的α轴定子电阻压降估测值输出信号与所述第二个减法器单元的三号输入端连接，且作为所述第二个减法器单元的减数；
所述第一个反相器单元的输入端与所述第一个比例积分单元kp+ki/s的α轴反电动势估测信号反相值输出端连接，所述第一个反相器单元的输出端即为定子α轴反电动势估测信号
Figure FDA0000421293390000017
所述第三个减法器单元的α轴定子给定电压
Figure FDA0000421293390000018
输入端即为所述反电动势估测器（2）的α轴定子给定电压
Figure FDA0000421293390000019
输入端，且作为所述第三个减法器单元的被减数；所述第三个减法器单元的输出端与所述第二个减法器单元的二号输入端连接，与所述第二个减法器单元的一号输入端信号相加之和作为所述第二个减法器单元的被减数；
所述一号乘法器单元的一个输入端信号即为所述反电动势估测器（1）的转子角速度估测值
Figure FDA0000421293390000021
输入端信号，所述一号乘法器单元的另一个输入端信号即为所述反电动势估测器（1）的β轴的定子电流iβ输入端信号；
所述第一个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输入端信号即为一号乘法器单元的输出端信号，所述第一个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输出端信号
Figure FDA0000421293390000022
与所述第三个减法器单元的输入端连接，且作为所述第三个减法器单元的减数；
所述第四个减法器单元的β轴的定子电流iβ输入信号即为所述反电动势估测器（2）的β轴的定子电流iβ输入信号；
所述第二个带系数1/Ld积分单元1/Lds的β轴定子电流估测信号
Figure FDA0000421293390000023
与所述第四个减法器单元的输入端连接，且作为所述第四个减法器单元的减数；同时所述第二个带系数1/Ld积分单元1/Lds的β轴定子电流估测信号
Figure FDA0000421293390000024
与所述第二个增益为R的比例增益单元的输入端连接；
所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子电流观测误差信号输入端即为所述第四个减法器单元的β轴定子电流观测误差输出端信号；
所述第五个减法器单元的一号输入端与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出端连接，所述第五个减法器单元的二号输入端与所述第二个增益为R的比例增益单元的β轴定子电阻压降输出端连接，且作为所述第五个减法器单元的减数；
所述二号乘法器单元的一个输入端信号即为所述反电动势估测器（1）的转子速度观测值输入端信号，所述二号乘法器单元的另一个输入端信号即为所述反电动势估测器（1）的α轴的定子电流iα输入端信号；
所述第二个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输入端信号即为二号乘法器单元的输出端信号，所述第二个增益为Ld-Lq的比例增益单元的输出端信号
Figure FDA0000421293390000025
与所述加法器单元的一号输入端连接；
所述加法器单元的二号输入端即β轴的定子给定电压
Figure FDA0000421293390000026
信号也即为所述反电动势估测器（1）的β轴的定子给定电压
Figure FDA0000421293390000027
输入端，所述加法器单元的输出端与所述第五个减法器单元的三号输入端连接，且与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出信号相加作为所述第五个减法器单元的被减数；
所述第二个反相器单元的输入端与所述第二个比例积分单元kp+ki/s的β轴定子反电动势估测信号的反相值输出端连接，所述第二个反相器单元的输出端即为所述反电动势估测器（2）的β轴的估测反电动势
Figure FDA0000421293390000031
输出端；
所述反电动势估测器（1）的α轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000032
输出端连接基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的α轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000033
输入端；
所述反电动势估测器（1）的β轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000034
输出端连接基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的β轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000035
输入端；
所述基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的α轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000036
输出端与正交锁相环（3）的α轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000037
的输入端连接；
所述基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的β轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000038
输出端与正交锁相环（3）的β轴反电动势基波成分的输入端连接；
所述正交锁相环（3）分别输出转子角速度观测值
Figure FDA00004212933900000310
和转子位置观测值
Figure FDA00004212933900000311
2.根据权利要求1所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，其特征在于，所述的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）包括六个二阶广义积分器单元、锁频环单元、四个比例增益单元和十二个减法器单元；
所述第一个二阶广义积分器单元、第二个二阶广义积分器单元和第三个二阶广义积分器单元依次输出提取出来的α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000312
α轴估测反电势5次谐波
Figure FDA00004212933900000313
和α轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA00004212933900000314
所述第四个二阶广义积分器单元、第五个二阶广义积分器单元和第六个二阶广义积分器单元依次输出提取出来的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000315
β轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA00004212933900000316
和β轴估测反电动势7次谐波
所述反电动势估测器（1）的α轴估测反电动势信号
Figure FDA00004212933900000318
输出端同时连接第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势信号
Figure FDA00004212933900000319
输入端、第二个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势信号
Figure FDA00004212933900000320
输入端和第三个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势信号
Figure FDA00004212933900000321
输入端；
所述反电动势估测器（1）的β轴估测反电动势信号
Figure FDA00004212933900000322
输出端同时连接第四个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000041
输入端、第五个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000042
输入端和第六个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000043
输入端；
所述第一个减法器单元的α轴估测反电动势信号输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的α轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000045
输入端，且所述α轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000046
作为第一个减法器单元的被减数；
所述第二个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000047
输出端与第一个减法器单元的α轴估测反电动势5次谐波输入端连接：且所述的α轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000049
作为第一个减法器单元的减数；
所述第一个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第二个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输入端，且第一个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出作为第二个减法器单元的被减数；
所述第三个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势7次谐波输出端连接第二个减法器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA00004212933900000411
输入端，且所述的α轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA00004212933900000412
作为第二个加法器单元的减数；
所述第二个减法器单元的去5、7次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第一个二阶广义积分器单元的信号输入端；
所述锁频环单元的自适应频率信号ωf输出端连接第一个二阶广义积分器单元的频率ωf输入端；
第三个减法器单元的α轴估测反电动势
Figure FDA00004212933900000413
输入端也即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的α轴估测反电动势输入端，且所述α轴估测反电动势
Figure FDA00004212933900000415
作为第三个减法器单元的被减数；
所述第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000416
输出端连接第三个减法器单元的α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000417
输入端，且所述α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000418
作为第三个减法器单元的减数；
所述第三个减法器单元的去基波的α轴估测反电动势信号输出端连接第四个减法器单元的去基波的α轴估测反电动势信号输入端，且第三个减法器单元的去基波的α轴估测反电动势信号输出作为第四个减法器单元的被减数；
所述第三个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000051
的输出端连接第四个减法器单元的α轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000052
输入端，且所述的α轴估测反电动势7次谐波作为第四个减法器单元的减数；
所述第四个减法器单元的去基波和7次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第二个二阶广义积分器单元的去基波和7次谐波的α轴估测反电动势信号输入端；
所述锁频环单元的自适应频率信号ωf输出端连接第一个比例增益单元的自适应频率信号ωf输入端；
所述第一个比例增益单元的频率输出端连接第二个二阶广义积分器单元的频率输入端；
所述第五个减法器单元的α轴估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000054
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的α轴估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000055
输入端，且所述α轴估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000056
作为第五个减法器单元的被减数；
所述第二个二阶广义积分器单元的α轴反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000057
输出端连接第五个减法器单元的α轴反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000058
输入端，且所述的α轴反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000059
作为第五个减法器单元的减数；
所述第五个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第六个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输入端，且第五个减法器单元的去5次谐波的α轴估测反电动势信号输出作为第六个减法器单元的被减数；
所述第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000510
输出端连接第六个减法器单元的α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000511
输入端，且所述的α轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000512
作为第六个减法器单元的减数；
所述第六个减法器单元的去基波和5次谐波的α轴估测反电动势信号输出端连接第三个二阶广义积分器单元的去基波和5次谐波的α轴估测反电动势信号输入端；
所述锁频环单元的自适应频率信号ωf输出端连接第二个比例增益单元的的自适应频率信号ωf输入端；
所述第二个比例增益单元的自适应频率输出端连接第三个二个广义积分器单元的的自适应频率输入端；
所述第七个减法器单元的β轴输出估测项
Figure FDA0000421293390000061
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的β轴输出估测项输入端，且所述的β轴输出估测项
Figure FDA0000421293390000063
作为第七个减法器单元的被减数；
所述第五个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000064
输出端与第七个减法器单元的输入端连接：且所述的β轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000065
作为第七个减法器单元的减数；
所述第七个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第八个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输入端，且该第七个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出作为第八个减法器单元的被减数；
所述第六个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000066
输出端连接第八个减法器单元的输入端，且所述的β轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000067
作为第八个减法器单元的减数；
所述第八个减法器单元的去5、7次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第四个二阶广义积分器单元的去5、7次谐波的β轴估测反电动势信号输入端；
第九个减法器单元的β轴估测反电动势输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的β轴估测反电动势
Figure FDA0000421293390000069
输入端，且所述β轴估测反电动势
Figure FDA00004212933900000610
作为第九个减法器单元的被减数；
所述第四个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000611
输出端连接第九个减法器单元的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000612
输入端，且所述的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000613
作为第九个减法器单元的减数；
所述第九个减法器单元的去基波的β轴估测反电动势信号输出端连接第十个减法器单元的去基波的β轴估测反电动势信号输入端，且第九个减法器单元的输出作为第十个减法器单元的被减数；
所述第六个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000071
的输出端连接第十个减法器单元的β轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000072
输入端，且所述的β轴估测反电动势7次谐波
Figure FDA0000421293390000073
作为第十个减法器单元的减数；
所述第十个减法器单元的去基波和7次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第五个二阶广义积分器单元的去基波和7次谐波的β轴估测反电动势信号输入端；
所述第十一个减法器单元的β轴估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000074
输入端即为基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）的β轴估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000075
输入端，且所述β轴估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000076
作为第十一个减法器单元的被减数；
所述第五个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000077
输出端连接第五个减法器单元的β轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000078
输入端，且所述β轴估测反电动势5次谐波
Figure FDA0000421293390000079
作为第十一个减法器单元的减数；
所述第十一个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第十二个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输入端，且第十一个减法器单元的去5次谐波的β轴估测反电动势信号输出作为第十二个减法器单元的被减数；
所述第四个二阶广义积分器单元的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000710
输出端连接第十二个减法器单元的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000711
输入端，且所述的β轴估测反电动势基波
Figure FDA00004212933900000712
作为第十二个减法器单元的减数；
所述第十二个减法器单元的去基波和5次谐波的β轴估测反电动势信号输出端连接第六个二阶广义积分器单元的去基波和5次谐波的β轴估测反电动势信号输入端；
所述第一个二阶广义积分器单元的输出端信号qα和εα和第四个二阶广义积分器单元的输出端信号qβ和εβ即为锁频环单元的四个输入信号。
3.根据权利要求2所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，其特征在于所述六个二阶广义积分器单元的组成及连接方式均相同，所述的二阶广义积分器单元包括一号减法器单元、二号减法器单元、比例增益单元、一号乘法器单元、二号乘法器单元、一号积分单元和二号积分单元；
其中二阶广义积分器单位中的一号减法器单元的去5、7次谐波的α轴估测反电动势信号输入端即为所述二阶广义积分器单元的去5、7次谐波的α轴估测反电动势信号输入端，且该输入端信号作为所述一号减法器单元的被减数；
所述二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波信号输出端与所述一号减法器单元的α轴估测反电动势基波信号输入端连接，且该信号作为所述一号减法器单元的减数；
所述一号减法器单元的α轴估测反电动势基波观测误差信号εα输出端即为所述二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波观测误差信号εα输出端，同时与所述比例增益单元的输入端连接；
所述比例增益单元的kε信号输出端与所述二号减法器单元的kε信号输入端连接，且该信号作为所述二号减法器单元的被减数；
所述一号乘法器单元的一个输入端与所述二号减法器单元的输出端连接，所述一号乘法器单元的另一个频率ωf输入端即为所述二阶广义积分器单元的自适应频率ωf输入端；
所述一号积分单元的输入端与所述一号乘法器单元的输出端连接，所述一号积分单元的α轴估测反电动势基波信号
Figure FDA0000421293390000081
输出端即为所述二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波信号
Figure FDA0000421293390000082
输出端；
所述二号积分单元的输入端与所述一号积分单元的α轴估测反电动势基波信号输出端连接，所述二号积分单元的输出端与所述二号乘法器单元的一个输入端连接；
所述二号乘法器单元的频率ωf输入端即为所述二阶广义积分器单元的自适应频率ωf输入端，所述二号乘法器单元的输出端即为所述二阶广义积分器单元的正交信号qα输出端，同时为所述二号减法器单元的另一个信号输入端，作为所述二号减法器单元的减数。
4.根据权利要求2所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，其特征在于所述锁频环包括三个乘法器单元、两个加法器单元、两个平方模块单元、两个比例增益单元、一个积分单元和一个除法器单元；
所述锁频环的qα信号输入端和εα信号输入端分别为所述的第一个二阶广义积分器单元的qα信号输出端和εα信号输出端；
所述锁频环的qβ信号输入端和εβ信号输入端分别为所述的第四个二阶广义积分器单元的qβ信号输出端和εβ信号输出端；
所述锁频环的
Figure FDA0000421293390000091
信号输入端即为所述的第一个二阶广义积分器单元的α轴估测反电动势基波信号
Figure FDA0000421293390000092
输出端；
所述锁频环的
Figure FDA0000421293390000093
信号输入端即为所述的第四个二阶广义积分器单元的β轴反电动势基波信号
Figure FDA0000421293390000094
输出端；
所述第一个乘法器单元的两个输入端即为所述锁频环的qα信号输入端和εα信号输入端；
所述第二个乘法器单元的两个输入端即为所述锁频环的qβ信号输入端和εβ信号输入端；
所述第一个加法器单元的两个输入端分别为所述第一个乘法器单元和所述第二个乘法器单元的两个输出端；
所述第一个比例增益单元的εf输入端即为所述第一个加法器单元的εf输出端；
所述第一个平方模块单元的输入端即为所述锁频环的β轴反电动势基波信号输入端；所述第二个平方模块单元的输入端即为所述锁频环的α轴估测反电动势基波信号
Figure FDA0000421293390000096
输入端；
所述第二个加法器单元的两个输入端分别为所述第一个平方模块单元和所述第二个平方模块单元的两个输出端；
所述除法器单元的分子输入端num即为所述锁频环的频率ωf输出端，所述除法器单元的分母输入端den即为所述第二个加法器单元的输出端；
所述第二个比例增益单元的输入端与所述除法器单元的输出端连接；
所述第三个乘法器单元的两个输入端分别与所述第一个比例增益单元和所述第二个比例增益单元的输出端连接；
所述积分单元的输入端与所述第三个乘法器单元的输出端连接，所述积分单元的频率ωf输出端即为所述锁频环的频率ωf输出端。
5.根据权利要求1所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统，其特征在于，所述正交锁相环（3）包括一号乘法器、二号乘法器、加法器、余弦单元、正弦单元、比例积分单元和积分单元；
所述比例积分单元为kp+ki/s；所述积分单元为1/s；
所述一号乘法器的α轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000097
输入端即为正交锁相环（3）的α轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000101
输入端；
所述二号乘法器的β轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000102
输入端即为正交锁相环（3）的β轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000103
输入端；
所述一号乘法器的α轴反电动势基波成分
Figure FDA00004212933900001018
与正弦单元输出信号相乘后的数值信号输出端连接加法器的数值信号输入端；
所述二号乘法器的β轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000104
与余弦单元输出信号相乘后的数值信号输出端连接加法器的数值信号输入端；
所述加法器的转子位置偏差信号εfh输出端连接比例积分单元的转子位置偏差信号εfh输入端；
所述比例积分单元的转子角速度观测值
Figure FDA0000421293390000105
输出端连接积分单元的转子角速度观测值
Figure FDA0000421293390000106
输入端；
所述比例积分单元的转子角速度观测值
Figure FDA0000421293390000107
输出端还作为正交锁相环（3）的转子角速度观测值
Figure FDA0000421293390000108
输出端；
所述积分单元的转子位置观测值
Figure FDA0000421293390000109
输出端同时连接余弦单元的转子位置观测值
Figure FDA00004212933900001010
输入端和正弦单元的转子位置观测值输入端；
所述积分单元的转子位置观测值输出端同时作为正交锁相环（3）的转子位置观测值
Figure FDA00004212933900001013
输出端；
所述正弦单元
Figure FDA00004212933900001014
的正弦信号输出端连接一号乘法器的正弦信号输入端；
所述余弦单元
Figure FDA00004212933900001015
的余弦信号输出端连接二号乘法器的余弦信号输入端。
6.应用权利要求1所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统实现转子位置观测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、根据内置式永磁同步电机的电压方程结合扩展反电动势建立反电动势估测器（1），并采用反电动势估测器（1）获得永磁同步电机两相静止坐标下的α轴估测反电动势信号
Figure FDA00004212933900001016
和β轴估测反电动势信号
步骤二、通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）消除α轴估测反电动势信号
Figure FDA0000421293390000111
中的5次和7次谐波，得到α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）输出观测项α轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000112
通过基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）消除β轴观测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000113
中的5次和7次谐波，得到β轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）输出观测项β轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000114
步骤三、将步骤二中所得到的α轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000115
和β轴反电动势基波成分
Figure FDA0000421293390000116
分别与正交锁相环（3）的正弦输出信号和余弦输出信号相乘，并将相乘后的乘积相加后取反，从而得到转子位置偏差信号εfh；
步骤四、由正交锁相环（3）从反电动势信息中获取转子位置观测值
Figure FDA0000421293390000117
7.根据权利要求6所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统实现转子位置观测的方法，其特征在于，步骤二所述的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）消除α轴的估测反电动势信息
Figure FDA0000421293390000118
中的5次和7次谐波，得到α轴的基于二阶广义积分器的多指定谐波消除装置（2）输出观测项
Figure FDA0000421293390000119
的信号处理过程为：
步骤a、取第一个和第四个二阶广义积分器单元的输出信号qα、εα、qβ和εβ作为锁频环单元的输入信号；
步骤b、锁频环单元的自适应频率输出ωf乘以5倍和7倍增益分别作为第二、第五个和第三个、第六个二阶广义积分器单元的频率输入信号；
步骤c、反电动势估测器的α轴估测反电动势值输出减去第二个和第三个二阶广义积分器单元的输出信号
Figure FDA00004212933900001111
和
Figure FDA00004212933900001112
作为第一个二阶广义积分器单元的输入，该二阶广义积分器单元的输出即为估测反电动势基波信号
Figure FDA00004212933900001113
步骤d、反电动势估测器的α轴估测反电动势值
Figure FDA00004212933900001114
输出减去第一个和第三个二阶广义积分器单元的输出信号
Figure FDA00004212933900001115
和
Figure FDA00004212933900001116
作为第二个二阶广义积分器单元的输入，该二阶广义积分器单元的输出即为观测反电动势5次谐波分量
Figure FDA00004212933900001117
步骤e、反电动势估测器的α轴估测反电动势值
Figure FDA00004212933900001118
输出减去第一个和第二个阶广义积分器单元的输出信号
Figure FDA0000421293390000121
和
Figure FDA0000421293390000122
作为第三个二阶广义积分器单元的输入，该二阶广义积分器单元的输出即为观测反电动势7次谐波分量
Figure FDA0000421293390000123
8.根据权利要求6所述的一种抑制位置脉动观测误差的永磁同步电机转子位置观测系统实现转子位置观测的方法，其特征在于，所述步骤四中的正交锁相环（3）从反电动势估测信息中获取转子位置观测值
Figure FDA0000421293390000124
的方法为：转子位置偏差信号εfh首先经过比例积分单元调节，然后经过一个积分器，可得转子位置观测值。
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