CN111585488B - 一种永磁电机无速度传感器控制方法及系统 - Google Patents

一种永磁电机无速度传感器控制方法及系统 Download PDF

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CN111585488B CN202010423332.6A CN202010423332A CN111585488B CN 111585488 B CN111585488 B CN 111585488B CN 202010423332 A CN202010423332 A CN 202010423332A CN 111585488 B CN111585488 B CN 111585488B
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Abstract

本发明公开了一种永磁电机无速度传感器控制方法及系统，基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型后，基于参考模型与可调模型进一步构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；在电机运行状态下，基于实际电流和观测电流，采用转速和负载转矩自适应律表达式同时观测转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，实现电机的无速度传感器控制。本发明可以同时观测转速和负载转矩，并通过引入负载转矩前馈控制方法，可以实现负载转矩的扰动抑制和速度控制器在单参数下的转速无静差控制，系统控制性能较好。

Description

一种永磁电机无速度传感器控制方法及系统
技术领域
本发明属于永磁电机无速度传感器控制技术领域，更具体地，涉及一种永磁电机无速度传感器控制方法及系统。
背景技术
永磁同步电机具有高功率因数、高效率、高启动转矩等优点，广泛应用于工业生产、电动汽车、航空航天等领域。对于永磁同步电机而言，只要进行闭环控制，转速以及转子位置信息是必不可少的。然而，位置传感器的安装增加了系统成本和硬件复杂性，同时难以应用于高温、振动等恶劣工况。因此，实现永磁同步电机无速度传感器控制具有广泛的应用前景，其研究受到了国内外学者的关注。
现有的永磁同步电机无速度传感器控制方法主要基于直接计算法、磁链观测器法、扩展反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法和高频谐波注入法进行控制。其中，在基于模型参考自适应法的永磁同步电机无速度传感器控制方法中，速度控制器多采用PI形式，以实现速度的无静差控制。该方法中速度控制器的参数设计所依据的转速环等效传递函数形式较为复杂，同时PI参数引入了零点，使得难以根据系统响应要求直接求出控制器参数，大多要依据系统实际响应再对计算的参数做出调整，因此其参数设计过程复杂。另外，现有方法由于速度响应和扰动响应会同时受到速度控制器参数和自适应律参数的影响，所以在设计转速环PI参数时难以同时兼顾速度跟踪性能和扰动抑制性能，参数设计过程存在耦合影响，控制性能较差。且针对实际的电机控制系统，其机械时间常数远大于电气时间常数，所以转速环的参数设计将对系统的控制性能带来很大影响，有必要对其进行优化。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种永磁电机无速度传感器控制方法及系统，用以解决现有技术由于速度控制器的参数设计较为复杂，且速度控制器参数与自适应律参数存在耦合而导致控制性能较差的技术问题。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种永磁电机无速度传感器控制方法，包括以下步骤：
S1、基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型；其中，参考模型为以定子电流实际值为状态变量的矩阵方程；可调模型为以定子电流观测值为状态变量的矩阵方程；
S2、将参考模型与可调模型做差得到电流误差状态方程，并基于电流误差状态方程构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；
S3、通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；
S4、在电机运行状态下，基于定子侧电压采用可调模型计算电机定子侧观测电流，并基于实际电流和所得观测电流，采用转速和负载转矩自适应律表达式同时观测电机的转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，使得电机的转速与给定转速相等，实现电机的无速度传感器控制。
进一步优选地，参考模型为：
Figure BDA0002496597220000021
可调模型为：
Figure BDA0002496597220000031
其中，
Figure BDA0002496597220000032
Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为d轴和q轴等效电感，ωe为转速的实际值，
Figure BDA0002496597220000033
为等效定子电流矩阵，i′d、i′q分别为定子侧d轴和q轴等效电流的实际值，id、iq分别为定子侧d轴和q轴电流的实际值，ψf为转子磁链，
Figure BDA0002496597220000034
Figure BDA0002496597220000035
为等效定子电压矩阵，u′d、u′q分别为定子侧d轴和q轴等效电压，ud、uq分别为定子侧d轴和q轴电压，
Figure BDA0002496597220000036
Figure BDA0002496597220000037
为转速的观测值，
Figure BDA0002496597220000038
为观测得到的等效定子电流矩阵，
Figure BDA0002496597220000039
和
Figure BDA00024965972200000310
分别为定子侧d轴和q轴等效电流的观测值，
Figure BDA00024965972200000311
和
Figure BDA00024965972200000312
分别为定子侧d轴和q轴电流的观测值。
进一步优选地，电流误差状态方程为：
Figure BDA00024965972200000313
其中，
Figure BDA00024965972200000314
为定子电流误差矩阵，
Figure BDA00024965972200000315
进一步优选地，转速
Figure BDA00024965972200000316
和负载转矩
Figure BDA00024965972200000317
自适应律表达式分别为：
Figure BDA0002496597220000041
Figure BDA0002496597220000042
其中，np为电机极对数，J为转动惯量，Te为电磁转矩，kp和ki分别为比例控制参数和积分控制参数，且均为有限正数，s为拉普拉斯算子，id、iq分别为定子侧d轴和q轴电流的实际值，
Figure BDA0002496597220000043
和
Figure BDA0002496597220000044
分别为定子侧d轴和q轴电流的观测值，ψf为转子磁链，Ld为d轴等效电感，
Figure BDA0002496597220000045
为负载转矩观测结果的初始值，
Figure BDA0002496597220000046
为转速观测结果的初始值。
进一步优选地，速度控制器的输入输出关系为：
Figure BDA0002496597220000047
其中，
Figure BDA0002496597220000048
为电机定子侧q轴电流给定值，ksp为速度控制器参数，
Figure BDA0002496597220000049
和
Figure BDA00024965972200000410
分别为电机机械角速度的给定值和观测值，且满足转速的观测值
Figure BDA00024965972200000411
np为电机极对数，
Figure BDA00024965972200000412
为负载转矩观测值，kT为转矩系数。
第二方面，本发明还提出了一种永磁电机无速度传感器控制系统，包括：参考模型和可调模型构建模块、转速与负载转矩自适应律构建模块、速度控制器构建模块和电机控制模块；
参考模型和可调模型构建模块用于基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型；其中，参考模型为以定子电流实际值为状态变量的矩阵方程；可调模型为以定子电流观测值为状态变量的矩阵方程；
转速与负载转矩自适应律构建模块用于将参考模型与可调模型做差得到电流误差状态方程，并基于电流误差状态方程构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；
速度控制器构建模块用于通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；
电机控制模块用于在电机运行状态下，基于定子侧电压采用可调模型计算电机定子侧观测电流，并基于实际电流和所得观测电流，采用转速和负载转矩自适应律表达式同时观测电机的转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，使得电机的转速与给定转速相等，实现电机的无速度传感器控制。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
1、本发明提出了一种永磁电机无速度传感器控制方法，基于波波夫超稳定性理论和误差系统，结合电机运动方程推导得到转速和负载转矩自适应律表达式，来同时观测转速和负载转矩，大大提高了电机转速和负载转矩的观测性能，并且在转速误差比例控制中引入负载转矩前馈进行控制，速度控制器的参数设计较为简单，能够同时实现负载扰动的抑制以及速度控制器在单个速度控制器参数下的转速无静差控制，系统控制性能较好。
2、本发明所提出的永磁电机无速度传感器控制方法，对速度指令的跟踪性能仅由速度控制器参数ksp控制，速度控制器参数与转速和负载转矩自适应律表达式中的参数并不耦合，系统对负载扰动的性能只与转速和负载转矩自适应律表达式中的参数有关，因此在对系统速度响应调节的过程中，不会对负载抗扰性能产生影响，避免了现有方法在调节参数的过程中由于参数存在耦合所造成的影响。同时由于引入了负载的前馈补偿，与PI形式的速度控制器相比，抗扰能力较强。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的永磁电机无速度传感器控制方法流程图；
图2为本发明实施例1所构建的误差系统结构示意图；
图3为本发明实施例1所构建的误差系统线性化结构示意图；
图4为本发明实施例1所构建的基于负载前馈速度控制器的无速度传感器控制系统示意图；
图5为采用本发明实施例1所提供的永磁电机无速度传感器控制方法进行控制时，不同速度控制器参数ksp下的速度跟踪响应和负载扰动响应波形示意图；
图6为分别采用本发明实施例1所提出的永磁电机无速度传感器控制方法与常用的PI控制器的控制方法进行控制时的负载扰动响应示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1、
一种永磁电机无速度传感器控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型；其中，参考模型为以定子电流实际值为状态变量的矩阵方程；可调模型为以定子电流观测值为状态变量的矩阵方程；
具体的，基于永磁同步电机数学模型推导以定子电流为状态变量的矩阵方程，将两相旋转坐标系下永磁同步电机数学模型变换为以定子dq轴电流为状态变量的形式，并将转速约束于系统矩阵之中，得到如下表达式：
Figure BDA0002496597220000061
其中，id、iq分别为定子侧d轴和q轴电流的实际值，ψf为转子磁链，Ld和Lq分别为d轴和q轴等效电感，Rs为定子电阻，ωe为转速的实际值，ud、uq分别为定子侧d轴和q轴电压；
重新整理上述方程，得到参考模型为：
Figure BDA0002496597220000071
其中，
Figure BDA0002496597220000072
Figure BDA0002496597220000073
i′d、i′q分别为定子侧d轴和q轴等效电流的实际值，u′d、u′q分别为定子侧d轴和g轴等效电压；
进一步地，用观测转速
Figure BDA0002496597220000074
代替矩阵A中的实际转速构建可调模型为：
Figure BDA0002496597220000075
其中，
Figure BDA0002496597220000076
Figure BDA0002496597220000077
为转速的观测值，
Figure BDA0002496597220000078
为观测得到的等效定子电流矩阵，
Figure BDA0002496597220000079
和
Figure BDA00024965972200000710
分别为定子侧d轴和q轴等效电流的观测值，
Figure BDA00024965972200000711
和
Figure BDA00024965972200000712
分别为定子侧d轴和q轴电流的观测值。
S2、将参考模型与可调模型做差得到电流误差状态方程，并基于电流误差状态方程构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；
具体的，电流误差状态方程为：
Figure BDA0002496597220000081
其中，
Figure BDA0002496597220000082
为定子电流误差矩阵，
Figure BDA0002496597220000083
基于电流误差状态方程构建误差系统为：
Figure BDA0002496597220000084
其中，
Figure BDA0002496597220000085
为观测转速误差，V为电流误差，C是线性补偿矩阵。将所得误差系统整理为线性前向通道和非线性反馈通道的形式，其中，线性前向通道输入为
Figure BDA0002496597220000086
输出为电流误差V，传递函数为
Figure BDA0002496597220000087
非线性反馈通道的输入为电流误差V，输出为W。具体的，适当选择线性补偿矩阵C是保证系统稳定的前提，依据稳定性理论对线性前向通道和非线性反馈通道的要求，为使其前向通道传递函数矩阵为严格正实矩阵，可取线性补偿矩阵
Figure BDA0002496597220000088
进一步地，基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程推导得到转速和负载转矩自适应律表达式，具体为：
首先，令负载转矩观测值的自适应律采用比例积分的形式，具体为：
Figure BDA0002496597220000089
其中，G1和G2为待定函数，
Figure BDA00024965972200000810
为负载转矩观测结果的初始值。
为了解决传统转速自适应律只能观测单一物理量的问题，本发明引入电机运动方程，并将其中的转速和负载转矩用观测值代替，得到表达式如下：
Figure BDA0002496597220000091
其中，Te为电磁转矩，
Figure BDA0002496597220000092
为负载转矩观测值，J为转动惯量，np为电机极对数，
Figure BDA0002496597220000093
为转速的观测值。由此可推导出观测负载转矩和转速之间的确定关系为：
Figure BDA0002496597220000094
故基于负载转矩观测值的自适应律表达式和观测负载转矩和转速之间的确定关系，得到负载转矩观测值的自适应律表达式：
Figure BDA0002496597220000095
其中，
Figure BDA0002496597220000096
为转速观测结果的初始值。
然后，基于波波夫积分不等式
Figure BDA0002496597220000097
可确定转速和负载转矩观测值的自适应律表达式中的待定函数G1和G2，最终推导出转速
Figure BDA0002496597220000098
和负载转矩
Figure BDA0002496597220000099
自适应律表达式分别为：
Figure BDA00024965972200000910
Figure BDA00024965972200000911
其中，
Figure BDA00024965972200000912
为电流误差信号，kp和ki分别为比例控制参数和积分控制参数，且均为有限正数，s为拉普拉斯算子，id、iq分别为定子侧d轴和q轴电流的实际值，
Figure BDA00024965972200000913
和
Figure BDA00024965972200000914
分别为定子侧d轴和q轴电流的观测值，ψf为转子磁链，Ld为d轴等效电感。从转矩自适应律表达式可以看到，合理设置其参数kp和ki，并基于电流误差信号，即可得到负载转矩观测值，再结合运动方程，就可同时实现对转速和负载转矩的观测。
将所得转速和负载转矩自适应律表达式代人误差系统中，得到如图2所示的误差系统结构示意图。
S3、通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；
转速和负载转矩自适应律表达式不仅观测了转速，同时还观测了负载转矩，将观测到的负载转矩按比例前馈到与转矩相关的q轴电流中，提供负载扰动时的电流补偿信号，有利于提高控制系统对负载扰动的抑制能力。基于这种思想，设计速度控制器的输入输出关系为：
Figure BDA0002496597220000101
其中，
Figure BDA0002496597220000102
为电机定子侧q轴电流给定值，ksp为速度控制器参数，
Figure BDA0002496597220000103
和
Figure BDA0002496597220000104
分别为电机机械角速度的给定值和观测值，且满足转速的观测值
Figure BDA0002496597220000105
np为电机极对数，
Figure BDA0002496597220000106
为负载转矩观测值，kT为转矩系数。
进一步地，考虑到电机的机械时间常数远大于电磁时间常数，因此当关注点在于分析转速环的动态性能时，可忽略电流环的动态响应过程，近似地认为dq轴反馈电流能够实时跟踪其给定值，即定子侧q轴电流的实际值
Figure BDA0002496597220000107
采用id＝0的控制策略，电磁转矩可表示为：
Figure BDA0002496597220000108
结合电机的运动方程，就可以得到忽略电流环动态的永磁同步电机等效模型。
S4、在电机运行状态下，基于定子侧电压采用可调模型计算电机定子侧观测电流，并基于实际电流和所得观测电流，采用转速和负载转矩自适应律表达式同时观测电机的转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，使得电机的转速与给定转速相等，实现电机的无速度传感器控制。
进一步地，为分析上述速度控制器对速度响应的调节效果，对图2所得误差系统进行线性化处理，将系统转变为以实际转速为输入、观测转速为输出的线性化框图，如图3所示。其中，整个线性前向通道用对应的传递函数C(sI-A)-1表示。可求出框图中线性化传递函数G(s)表达式为：
Figure BDA0002496597220000111
进一步地，将上述速度控制器、忽略电流环动态的电机模型以及转速和负载转矩自适应律表达式的线性化控制框图整合，可以得到基于负载前馈控制器的无速度传感器控制系统，如图4所示。其中，电磁转矩输入部分用负载转矩及其与转速的关系代替，以对无速度传感器控制系统做出简化。根据图4可以计算出转速响应的表达式为：
Figure BDA0002496597220000112
其中，
Figure BDA0002496597220000113
s为拉普拉斯算子。
从上式可以看到，系统对速度指令的跟踪性能单纯由速度控制器参数ksp控制，而系统对负载扰动的性能只与自适应律中的参数有关，因此在对系统速度响应调节的过程中，不会对负载抗扰性能产生影响，避免了现有方法中在调节参数的过程中造成的耦合影响。同时由于引入了负载的前馈补偿，与PI形式的速度控制器相比，抗扰能力较强。
为了验证本发明所提出的永磁电机无速度传感器控制方法的性能，将永磁电机转速给定值从200r/min提升到500r/min，并采用本发明所提出的方法进行电机的无速度传感器控制。当控制器参数ksp分别为0.15、0.25和0.4时的速度跟踪响应和负载扰动响应波形示意图如图5所示，其中，横坐标为时间轴，纵坐标为永磁电机实际转速，从图中可以看出，在1s之前永磁电机转速给定值为200r/min，ksp值取不同值时，永磁电机实际转速均保持在200r/min，1s时永磁电机转速给定值突变到500r/min，在不同的速度控制器参数下，在不同控制器参数ksp下，经过一定的时间永磁电机实际转速仍然可以达到该给定值，由此可以看出，本发明所提出的方法能够实现对速度指令的准确跟踪。进一步地，1.7s时将负载转矩从50Nm突降到35Nm，从图5可以看出，虽然速度控制器的参数不同，但扰动响应的波动情况基本一致，控制器参数不会对系统的负载扰动抑制能力产生影响。最后，为了进一步说明本发明所提出方法的抗负载扰动能力，将本发明所提出的控制方法与常用的PI控制器的控制方法的抗扰性能进行对比，在给定转速为500r/min的条件下进行仿真，1s时将负载转矩从50Nm突降到35Nm，1.4s时再将负载转矩从35Nm突增到50Nm，得到如图6所示的结果，从图中可以看出，当负载转矩发生扰动时，在响应之初两种控制器的速度变化幅度基本相同，但常用的PI控制器的控制方法需要经过较长的波动时间后才可恢复到稳态，而本发明所提出的方法可以很快的恢复到稳态，因此，可以看出本发明所提出的方法具有更强的抗负载扰动的能力。
综上可知，本发明所提出的永磁电机无速度传感器控制方法，一方面简化了速度控制器的参数设计，使速度控制器的参数设计与负载扰动响应无关，避免了参数设计时的相互影响；另一方面也提高了系统的抗扰能力。
实施例2、
一种永磁电机无速度传感器控制系统，包括：参考模型和可调模型构建模块、转速与负载转矩自适应律构建模块、速度控制器构建模块和电机控制模块；
参考模型和可调模型构建模块用于基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型；其中，参考模型为以定子电流实际值为状态变量的矩阵方程；可调模型为以定子电流观测值为状态变量的矩阵方程；
转速与负载转矩自适应律构建模块用于将参考模型与可调模型做差得到电流误差状态方程，并基于电流误差状态方程构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；
速度控制器构建模块用于通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；
电机控制模块用于在电机运行状态下，基于定子侧电压采用可调模型计算电机定子侧观测电流，并基于实际电流和所得观测电流，采用转速和负载转矩自适应律表达式同时观测电机的转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，使得电机的转速与给定转速相等，实现电机的无速度传感器控制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种永磁电机无速度传感器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型；其中，参考模型为以定子电流实际值为状态变量的矩阵方程；可调模型为以定子电流观测值为状态变量的矩阵方程；
S2、将参考模型与可调模型做差得到电流误差状态方程，并基于电流误差状态方程构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；
S3、通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；
S4、在电机运行状态下，基于定子侧电压采用可调模型计算电机定子侧观测电流，并基于实际电流和所得观测电流，采用转速和负载转矩自适应律表达式同时观测电机的转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，使得电机的转速与给定转速相等，实现电机的无速度传感器控制；
其中，转速
Figure FDA0003097623260000011
和负载转矩
Figure FDA0003097623260000012
自适应律表达式分别为：
Figure FDA0003097623260000013
Figure FDA0003097623260000014
其中，np为电机极对数，J为转动惯量，Te为电磁转矩，kp和ki分别为比例控制参数和积分控制参数，且均为有限正数，s为拉普拉斯算子，id、iq分别为定子侧d轴和q轴电流的实际值，
Figure FDA0003097623260000015
和
Figure FDA0003097623260000016
分别为定子侧d轴和q轴电流的观测值，ψf为转子磁链，Ld为d轴等效电感，
Figure FDA0003097623260000017
为负载转矩观测结果的初始值，
Figure FDA0003097623260000018
为转速观测结果的初始值。
2.根据权利要求1所述的永磁电机无速度传感器控制方法，其特征在于，所述参考模型为：
Figure FDA0003097623260000021
所述可调模型为：
Figure FDA0003097623260000022
其中，
Figure FDA0003097623260000023
Rs为定子电阻，Ld和Lq分别为d轴和q轴等效电感，ωe为转速的实际值，
Figure FDA0003097623260000024
i′d、i′q分别为定子侧d轴和q轴等效电流的实际值，
Figure FDA0003097623260000025
u′d、u′q分别为定子侧d轴和q轴等效电压，
Figure FDA0003097623260000026
为转速的观测值，
Figure FDA0003097623260000027
和
Figure FDA0003097623260000028
分别为定子侧d轴和q轴等效电流的观测值。
3.根据权利要求2所述的永磁电机无速度传感器控制方法，其特征在于，所述电流误差状态方程为：
Figure FDA0003097623260000029
其中，
Figure FDA00030976232600000210
为定子电流误差矩阵，
Figure FDA00030976232600000211
4.根据权利要求1所述的永磁电机无速度传感器控制方法，其特征在于，所述速度控制器的输入输出关系为：
Figure FDA0003097623260000031
其中，
Figure FDA0003097623260000032
为电机定子侧q轴电流给定值，ksp为速度控制器参数，
Figure FDA0003097623260000033
和
Figure FDA0003097623260000034
分别为电机机械角速度的给定值和观测值，且满足转速的观测值
Figure FDA0003097623260000035
np为电机极对数，
Figure FDA0003097623260000036
为负载转矩观测值，kT为转矩系数。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的永磁电机无速度传感器控制方法，其特征在于，应用于永磁电机无速度传感器控制技术领域。
6.一种永磁电机无速度传感器控制系统，其特征在于，包括：参考模型和可调模型构建模块、转速与负载转矩自适应律构建模块、速度控制器构建模块和电机控制模块；
所述参考模型和可调模型构建模块用于基于永磁同步电机数学模型得到参考模型和可调模型；其中，参考模型为以定子电流实际值为状态变量的矩阵方程；可调模型为以定子电流观测值为状态变量的矩阵方程；
所述转速与负载转矩自适应律构建模块用于将所述参考模型与可调模型做差得到电流误差状态方程，并基于电流误差状态方程构建误差系统；基于波波夫超稳定性理论和所得误差系统，结合电机运动方程得到转速和负载转矩自适应律表达式；
所述速度控制器构建模块用于通过在转速误差比例控制中引入负载转矩的前馈补偿，构建速度控制器；
所述电机控制模块用于在电机运行状态下，基于定子侧电压采用所述可调模型计算电机定子侧观测电流，并基于实际电流和所得观测电流，采用所述转速和负载转矩自适应律表达式同时观测电机的转速和负载转矩，并通过调节速度控制器参数，使得电机的转速与给定转速相等，实现电机的无速度传感器控制；
其中，转速
Figure FDA0003097623260000041
和负载转矩
Figure FDA0003097623260000042
自适应律表达式分别为：
Figure FDA0003097623260000043
Figure FDA0003097623260000044
其中，np为电机极对数，J为转动惯量，Te为电磁转矩，kp和ki分别为比例控制参数和积分控制参数，且均为有限正数，s为拉普拉斯算子，id、iq分别为定子侧d轴和q轴电流的实际值，
Figure FDA0003097623260000045
和
Figure FDA0003097623260000046
分别为定子侧d轴和q轴电流的观测值，ψf为转子磁链，Ld为d轴等效电感
Figure FDA0003097623260000047
为负载转矩观测结果的初始值，
Figure FDA0003097623260000048
为转速观测结果的初始值。
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