CN111682821A - 内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统，获取当前时刻的定子电压、定子电流、转子磁链角速度和辨识的等效反电动势；输入滑模观测模型，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势；基于预估反电动势确定两相预估反电动势，并进行锁相环处理，得到辨识的转子位置和辨识的转子角速度；利用得到的结果控制电机矢量的输出。在本方案中，滑模观测模型采用包括滑模控制函数和一阶低通滤波电路的设计，利用该模型得到预估反电动势，能有效抑制由开关函数抖动造成辨识的转子位置抖动，由带主动阻尼功能的锁相环对预估反电动势进行锁相环处理，能得到辨识的转子位置和辨识的转子角速度，利用得到的结果控制电机矢量的输出，提高系统运行的稳定性。

Description

内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统。
背景技术
相比于标贴式永磁同步电机而言，内嵌式永磁同步电机可以利用磁阻转矩来获得更高的效率，因此，内嵌式永磁同步电机被广泛应用于新能源汽车领域。
目前，针对内嵌式永磁同步电机的矢量控制系统中，通常采用旋转变压器检测转子位置和转子转速信息。但是，内嵌式永磁同步电机的工作环境复杂恶劣，旋转变压器一旦出现故障，则无法保证系统的稳定性。
对此，本领域技术人员亟需解决现有技术中旋转变压器出现故障，则无法保证内嵌式永磁同步电机的矢量控制系统的稳定性的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统，以解决现有技术中旋转变压器出现故障，则无法保证内嵌式永磁同步电机的矢量控制系统的稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法，所述方法包括：
获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压us(k)、定子电流is(k)、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000011
将所述定子电压us(k)、所述定子电流is(k)、滑模控制函数z、所述转子磁链角速度ωe和所述辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000012
输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势
Figure BDA0002560232680000013
所述滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建；
基于所述预估反电动势
Figure BDA0002560232680000021
得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000022
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000023
利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000024
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000025
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000026
和辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000027
所述锁相环具有主动阻尼功能；
利用所述辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000028
和辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000029
控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
可选的，所述构建滑模观测模型的过程包括：
获取两相静止α-β坐标系下的定子电压；
基于所述定子电压获取两相静止α-β坐标系下的定子电流；
确定采用饱和函数指示的滑模控制函数，利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到辨识的等效反电动势；
利用滑模变结构控制理论、所述两相静止α-β坐标系下的定子电流、所述滑模控制函数和所述辨识的等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型；
对所述数学模型进行离散处理，得到所述滑模观测器的离散数学模型；
利用所述离散数学模型、所述滑模控制函数和所述一阶低通滤波电路构建滑模观测模型。
可选的，所述利用所述离散数学模型、所述滑模控制函数和所述一阶低通滤波电路构建滑模观测模型之后，还包括：
基于所述一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角；
利用所述相位延迟角对所述滑模观测模型进行延迟补偿，得到新的滑模观测模型。
可选的，所述利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000210
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000211
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000212
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000213
包括：
比较所述α相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000214
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000215
得到差值e，所述差值
Figure BDA00025602326800000216
利用Ki/s和锁相环阻尼系数Ka对所述差值e进行处理，得到辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000031
其中，Ka＝2ωc，
Figure BDA0002560232680000032
ωc为锁相环的截止频率ωc，Ke为等效反电动势系数，s为微分算子；
利用1/s对所述辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000033
进行处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000034
另一方面，本发明实施例提供一种内嵌式永磁同步电机矢量控制系统，所述系统包括：
获取单元，用于获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压us(k)、定子电流is(k)、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000035
反电动势预估单元，用于将所述定子电压us(k)、定子电流is(k)、滑模控制函数z、所述转子磁链角速度ωe和所述辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000036
输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势
Figure BDA0002560232680000037
所述滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建；基于所述预估反电动势
Figure BDA0002560232680000038
得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000039
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000310
锁相环处理单元，用于利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000311
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000312
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000313
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000314
所述锁相环具有主动阻尼功能；
控制单元，用于利用所述辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000315
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000316
控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
可选的，所述系统还包括：构建单元，所述构建单元包括：
第一获取模块，用于获取两相静止α-β坐标系下的定子电压；
第二获取模块，用于基于所述定子电压获取两相静止α-β坐标系下的定子电流；
一阶低通滤波模块，用于确定采用饱和函数指示的滑模控制函数，利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到辨识的等效反电动势；
构建模块，用于利用滑模变结构控制理论、所述两相静止α-β坐标系下的定子电流、所述滑模控制函数和所述辨识的等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型；对所述数学模型进行离散处理，得到所述滑模观测器的离散数学模型；利用所述离散数学模型、所述滑模控制函数和所述一阶低通滤波电路构建滑模观测模型。
可选的，所述构建单元，还包括：
延迟补偿模块，用于基于所述一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角，利用所述相位延迟角对所述构建模块构建的所述滑模观测模型进行延迟补偿，得到新的滑模观测模型。
可选的，所述利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000041
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000042
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000043
和辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000044
的锁相环处理单元，还包括：
比较模块，用于比较所述α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000045
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000046
得到差值e，所述差值
Figure BDA0002560232680000047
处理模块，用于利用Ki/s和锁相环阻尼系数Ka对所述差值e进行处理，得到辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000048
其中，Ka＝2ωc，
Figure BDA0002560232680000049
ωc为锁相环的截止频率ωc，Ke为等效反电动势系数，s为微分算子；利用1/s对所述辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000410
进行处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000411
基于上述本发明实施例提供的内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统，获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压、定子电流、转子磁链角速度和辨识的等效反电动势；将定子电压、定子电流、转子磁链角速度和辨识的等效反电动势输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势，所述滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数和一阶低通滤波电路构建；基于预估反电动势得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势和β相预估反电动势；利用预先建立的锁相环对α相预估反电动势和β相预估反电动势进行锁相环处理，得到辨识的转子位置和辨识的转子角速度，所述锁相环具有主动阻尼功能；利用辨识的转子位置和辨识的转子角速度控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
由此可见，在本发明实施例提供的方案中，滑模观测模型采用包括滑模控制函数和一阶低通滤波电路的设计，利用滑模观测模型得到预估反电动势，能够有效抑制由于开关函数抖动造成辨识的转子位置抖动，再通过带主动阻尼功能的锁相环对预估反电动势进行锁相环处理，能够实时得到辨识的转子位置和辨识的转子角速度，利用实时得到的辨识的转子位置和辨识的转子角速度控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出，提高内嵌式永磁同步电机矢量控制系统运行的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种锁相环处理的结构原理框图；
图3为本发明实施例提供的一种滑模观测模型的基本结构原理框图；
图4为本发明实施例提供的一种内嵌式永磁同步电机矢量控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。
由背景技术可知，现有针对内嵌式永磁同步电机的矢量控制系统中，如果旋转变压器出现故障，则无法保证内嵌式永磁同步电机矢量控制系统的稳定性。
为此，本发明实施例提供一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法及系统，以解决现有技术中旋转变压器出现故障，则无法保证内嵌式永磁同步电机矢量控制系统的稳定性的问题。下面通过具体实施例进行详细说明。
参考图1所示，为本发明实施例提供的一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法的流程示意图。该矢量控制方法包括以下步骤：
步骤S101：获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压us(k)、定子电流is(k)、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000061
其中，k指示当前时刻，下角标s指示定子。
步骤S102：将定子电压us(k)、定子电流is(k)、滑模控制函数z、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000062
输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势
Figure BDA0002560232680000063
在步骤S102中，滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建。
步骤S103：基于预估反电动势
Figure BDA0002560232680000064
得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000065
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000066
步骤S104：利用预先建立的锁相环对α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000067
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000068
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000069
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000610
在步骤S104中，该锁相环具有主动阻尼功能。
在具体实现步骤S104的过程中，结合图2所示的锁相环处理的结构原理框图。利用预先建立的锁相环对α相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000611
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000612
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000613
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000614
的具体过程如下：
步骤S41：比较α相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000615
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800000616
得到差值e。
在步骤S41中，差值
Figure BDA0002560232680000071
根据图2所示的锁相环处理的结构原理框图，得到：
Figure BDA0002560232680000072
因此，差值
Figure BDA0002560232680000073
Figure BDA0002560232680000074
步骤S42：利用Ki/s和锁相环阻尼系数Ka对差值e进行处理，得到辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000075
在具体实现步骤S42的过程中，辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000076
可以表示为：
Figure BDA0002560232680000077
在步骤S42中，Ka＝2ωc，
Figure BDA0002560232680000078
ωc表示锁相环的截止频率，Ke表示等效反电动势系数，s表示微分算子。
步骤S43：利用1/s对辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000079
进行处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000710
在具体实现步骤S42的过程中，利用1/s对辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000711
进行处理，结合公式(11)和公式(12)，得到辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000712
Figure BDA00025602326800000713
步骤S105：利用辨识的转子位置
Figure BDA00025602326800000714
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800000715
控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
基于本发明实施例提供的内嵌式永磁同步电机矢量控制方法，滑模观测模型采用包括滑模控制函数和一阶低通滤波电路的设计，利用滑模观测模型得到预估反电动势，能够有效抑制由于开关函数抖动造成辨识的转子位置抖动，再通过带主动阻尼功能的锁相环对预估反电动势进行锁相环处理，能够实时得到辨识的转子位置和辨识的转子角速度，利用实时得到的辨识的转子位置和辨识的转子角速度控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出，提高内嵌式永磁同步电机矢量控制系统运行的稳定性。
基于上述图1本发明实施例公开的内嵌式永磁同步电机矢量控制方法，在步骤S102中所涉及到的滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建。下面结合图3示出的滑模观测模型的基本结构原理框图进行介绍。
具体构建该滑模观测模型的过程包括以下步骤：
步骤S21：获取两相静止α-β坐标系下的定子电压。
在步骤S21中，两相静止α-β坐标系为两相静止坐标系。
在两相静止α-β坐标系中，定义α轴与三相静止坐标系的A轴重合，β轴逆时针超前α轴90度空间电角度。
步骤S22：基于定子电压获取两相静止α-β坐标系下的定子电流。
在具体实现步骤S22的过程中，先基于步骤S21中获取的定子电压建立定子电压方程：
us＝(Rs+sLd)is-jωe(Ld-Lq)is+es (1)
在公式(1)中，us表示定子电压，is表示定子电流，Rs表示定子电阻，Ld表示定子直轴电抗，Lq表示定子交轴电抗，es表示等效反电动势，ωe为转子磁链角速度，下角标s指示定子，系数s表示微分算子，j表示复数。
其中，es可以表示为：
Figure BDA0002560232680000081
在公式(2)中，θe表示转子磁场角度，也可以表示真实转子位置；Ke表示等效反电动势系数。
其中，Ke可以表示为：Ke＝(Ld-Lq)(ωeid-siq)+ωeψr (3)
在公式(3)中，ψr为转子磁链。
然后，根据建立的定子电压方程变换得到定子电流方程为：
Figure BDA0002560232680000082
再基于该定子电流方程可得到定子电流。
步骤S23：确定采用饱和函数指示的滑模控制函数，利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到辨识的等效反电动势。
在步骤S23中，饱和函数指示的滑模控制函数可以表示为：
Figure BDA0002560232680000083
在公式(5)中，z表示滑模控制函数，KSM表示滑模控制函数的系数。
为了便于描述，我们以sat(x)代替
Figure BDA0002560232680000084
x表示定子电流is与辨识的定子电流
Figure BDA0002560232680000091
的差值，那么
Figure BDA0002560232680000092
即sat(x)可以用如下式子表示：
Figure BDA0002560232680000093
在公式(6)中，E表示定子电流is与辨识的定子电流
Figure BDA0002560232680000094
的差值阈值。
执行步骤S23中的利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到的辨识的等效反电动势可以表示为：
Figure BDA0002560232680000095
在公式(7)中，
在公式(7)中，ωcz表示一阶低通滤波电路的截止频率，系数s表示微分算子。
步骤S24：利用滑模变结构控制理论、两相静止α-β坐标系下的定子电流、滑模控制函数和辨识的等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型。
在步骤S24中，滑模变结构控制具有开关的切换动作和逻辑判断的功能，这些动作和功能在系统的整个动态过程中都在进行，不断地改变系统的结构，使得系统运动达到和保持一种预定的滑动模态。
在具体实现步骤S24的过程中，利用滑模变结构控制理论、执行步骤S22得到的定子电流、滑模控制函数和等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型为：
Figure BDA0002560232680000096
在公式(8)中，
Figure BDA0002560232680000097
表示定子电压给定值。
步骤S25：对数学模型进行离散处理，得到滑模观测器的离散数学模型。
在具体实现步骤S25的过程中，对公式(8)表示的滑模观测器的数学模型进行离散处理，得到处理后的滑模观测器的离散数学模型为：
Figure BDA0002560232680000098
步骤S26：利用离散数学模型、滑模控制函数和一阶低通滤波电路构建滑模观测模型。
在具体实现步骤S26的过程中，由于辨识的等效反电动势是通过一阶低通滤波电路获得的，因而引入了相位延迟。该相位延迟与一阶低通滤波电路的相位响应直接相关，一阶低通滤波电路的截止频率越低，其对应固定频率的相位延迟越大，因此，本发明实施例可以采取以下对策：
可选的，在执行步骤S26之后，基于一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角，然后，利用相位延迟角对滑模观测模型进行延迟补偿，得到新的滑模观测模型。
在确定相位延迟角的过程中，可选的，根据公式(10)和一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角。
Figure BDA0002560232680000101
在公式(10)中，θce表示相位延迟角，ωcz表示一阶低通滤波电路的截止频率，
Figure BDA0002560232680000102
表示辨识的转子角速度。
在本发明实施例中，预先构建滑模观测模型，利用该滑模观测模型对当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的相关参数进行处理，得到预估反电动势，为后续确定辨识的转子位置和辨识的转子角速度，以便利用辨识的结果控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出使得内嵌式永磁同步电机矢量控制系统能够稳定运行提供基础。
上述本发明实施例公开了内嵌式永磁同步电机矢量控制方法，相应的，本发明实施例还公开一种内嵌式永磁同步电机矢量控制系统。
参考图4所示，为本发明实施例提供的一种内嵌式永磁同步电机矢量控制系统的结构示意图。该矢量控制系统包括：获取单元401，反电动势预估单元402，锁相环处理单元403和控制单元404。
获取单元401用于：获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压us(k)、定子电流is(k)、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000103
反电动势预估单元402用于：将获取单元401获取的定子电压us(k)、定子电流is(k)、滑模控制函数z、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure BDA0002560232680000104
输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势
Figure BDA0002560232680000105
所述滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建；基于预估反电动势
Figure BDA0002560232680000106
得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000107
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000108
锁相环处理单元403用于：利用预先建立的锁相环对α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000111
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000112
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000113
和辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000114
所述锁相环具有主动阻尼功能。
控制单元404用于：利用辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000115
和辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000116
控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
可选的，所述矢量控制系统还包括：构建单元。
所述构建单元包括：第一获取模块、第二获取模块、一阶低通滤波模块和构建模块。
第一获取模块用于：获取两相静止α-β坐标系下的定子电压。
第二获取模块用于：基于第一获取模块获取的定子电压获取两相静止α-β坐标系下的定子电流。
一阶低通滤波模块用于：确定采用饱和函数指示的滑模控制函数，利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到辨识的等效反电动势。
构建模块用于：利用滑模变结构控制理论、第二获取模块获取的两相静止α-β坐标系下的定子电流、一阶低通滤波模块确定的滑模控制函数和辨识的等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型；对数学模型进行离散处理，得到滑模观测器的离散数学模型；利用离散数学模型、滑模控制函数和一阶低通滤波电路构建滑模观测模型。
可选的，所述构建单元，还包括：延迟补偿模块。
延迟补偿模块用于：基于一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角，利用相位延迟角确定模块确定的相位延迟角对滑模观测模型进行延迟补偿，得到新的滑模观测模型。
可选的，所述利用预先建立的锁相环对α相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000117
和β相预估反电动势
Figure BDA0002560232680000118
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000119
和辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800001110
的锁相环处理单元，还包括：比较模块和处理模块。
比较模块用于：比较α相预估反电动势
Figure BDA00025602326800001111
和β相预估反电动势
Figure BDA00025602326800001112
得到差值e，所述差值
Figure BDA00025602326800001113
处理模块用于：利用Ki/s和锁相环阻尼系数Ka对比较模块得到的差值e进行处理，得到辨识的转子角速度
Figure BDA00025602326800001114
其中，Ka＝2ωc，
Figure BDA00025602326800001115
ωc为锁相环的截止频率ωc，Ke为等效反电动势系数，s为微分算子；利用1s对所述辨识的转子角速度
Figure BDA0002560232680000121
进行处理，得到辨识的转子位置
Figure BDA0002560232680000122
上述本发明实施例公开的内嵌式永磁同步电机矢量控制系统中的各个单元以及各个单元中的模块的具体执行原理和具体实现过程可以参见上述本发明实施例公开的内嵌式永磁同步电机矢量控制方法中相应的内容，这里不再赘述说明。
基于本发明实施例提供的内嵌式永磁同步电机矢量控制系统，滑模观测模型采用包括滑模控制函数和一阶低通滤波电路的设计，反电动势预估单元利用滑模观测模型得到预估反电动势，能够有效抑制由于开关函数抖动造成辨识的转子位置抖动，再通过带主动阻尼功能的锁相环处理单元对预估反电动势进行锁相环处理，能够实时得到辨识的转子位置和辨识的转子角速度，利用实时得到的辨识的转子位置和辨识的转子角速度控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出，提高内嵌式永磁同步电机矢量控制系统运行的稳定性。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种内嵌式永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压us(k)、定子电流is(k)、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure FDA0002560232670000011
将所述定子电压us(k)、所述定子电流is(k)、滑模控制函数z、所述转子磁链角速度ωe和所述辨识的等效反电动势
Figure FDA0002560232670000012
输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势
Figure FDA0002560232670000013
所述滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建；
基于所述预估反电动势
Figure FDA0002560232670000014
得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000015
和β相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000016
利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000017
和β相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000018
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure FDA0002560232670000019
和辨识的转子角速度
Figure FDA00025602326700000110
所述锁相环具有主动阻尼功能；
利用所述辨识的转子位置
Figure FDA00025602326700000111
和辨识的转子角速度
Figure FDA00025602326700000112
控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建滑模观测模型的过程包括：
获取两相静止α-β坐标系下的定子电压；
基于所述定子电压获取两相静止α-β坐标系下的定子电流；
确定采用饱和函数指示的滑模控制函数，利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到辨识的等效反电动势；
利用滑模变结构控制理论、所述两相静止α-β坐标系下的定子电流、所述滑模控制函数和所述辨识的等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型；
对所述数学模型进行离散处理，得到所述滑模观测器的离散数学模型；
利用所述离散数学模型、所述滑模控制函数和所述一阶低通滤波电路构建滑模观测模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述离散数学模型、所述滑模控制函数和所述一阶低通滤波电路构建滑模观测模型之后，还包括：
基于所述一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角；
利用所述相位延迟角对所述滑模观测模型进行延迟补偿，得到新的滑模观测模型。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000021
和β相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000022
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure FDA0002560232670000023
和辨识的转子角速度
Figure FDA0002560232670000024
包括：
比较所述α相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000025
和β相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000026
得到差值e，所述差值
Figure FDA0002560232670000027
利用Ki/s和锁相环阻尼系数Ka对所述差值e进行处理，得到辨识的转子角速度
Figure FDA0002560232670000028
其中，Ka＝2ωc，
Figure FDA0002560232670000029
ωc为锁相环的截止频率ωc，Ke为等效反电动势系数，s为微分算子；
利用1/s对所述辨识的转子角速度
Figure FDA00025602326700000210
进行处理，得到辨识的转子位置
Figure FDA00025602326700000211
5.一种内嵌式永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，所述系统包括：
获取单元，用于获取当前时刻内嵌式永磁同步电机运行过程中的定子电压us(k)、定子电流is(k)、转子磁链角速度ωe和辨识的等效反电动势
Figure FDA00025602326700000212
反电动势预估单元，用于将所述定子电压us(k)、定子电流is(k)、滑模控制函数z、所述转子磁链角速度ωe和所述辨识的等效反电动势
Figure FDA00025602326700000213
输入预先构建的滑模观测模型中进行处理，输出一阶滤波角度补偿后的预估反电动势
Figure FDA00025602326700000214
所述滑模观测模型基于两相静止α-β坐标系下的定子电压、辨识的定子电流、给定的定子电压、滑模控制函数z和一阶低通滤波电路构建；基于所述预估反电动势
Figure FDA00025602326700000215
得到两相静止α-β坐标系下的α相预估反电动势
Figure FDA00025602326700000216
和β相预估反电动势
Figure FDA00025602326700000217
锁相环处理单元，用于利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure FDA00025602326700000218
和β相预估反电动势
Figure FDA00025602326700000219
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure FDA00025602326700000220
和辨识的转子角速度
Figure FDA00025602326700000221
所述锁相环具有主动阻尼功能；
控制单元，用于利用所述辨识的转子位置
Figure FDA0002560232670000031
和辨识的转子角速度
Figure FDA0002560232670000032
控制内嵌式永磁同步电机矢量的输出。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：构建单元，所述构建单元包括：
第一获取模块，用于获取两相静止α-β坐标系下的定子电压；
第二获取模块，用于基于所述定子电压获取两相静止α-β坐标系下的定子电流；
一阶低通滤波模块，用于确定采用饱和函数指示的滑模控制函数，利用一阶低通滤波电路对滑模控制函数进行一阶低通滤波，得到辨识的等效反电动势；
构建模块，用于利用滑模变结构控制理论、所述两相静止α-β坐标系下的定子电流、所述滑模控制函数和所述辨识的等效反电动势构建对应滑模观测器的数学模型；对所述数学模型进行离散处理，得到所述滑模观测器的离散数学模型；利用所述离散数学模型、所述滑模控制函数和所述一阶低通滤波电路构建滑模观测模型。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述构建单元，还包括：
延迟补偿模块，用于基于所述一阶低通滤波电路的截止频率确定相位延迟角，利用所述相位延迟角对所述构建模块构建的所述滑模观测模型进行延迟补偿，得到新的滑模观测模型。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述利用预先建立的锁相环对所述α相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000033
和β相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000034
进行锁相环处理，得到辨识的转子位置
Figure FDA0002560232670000035
和辨识的转子角速度
Figure FDA0002560232670000036
的锁相环处理单元，还包括：
比较模块，用于比较所述α相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000037
和β相预估反电动势
Figure FDA0002560232670000038
得到差值e，所述差值
Figure FDA0002560232670000039
处理模块，用于利用Ki/s和锁相环阻尼系数Ka对所述差值e进行处理，得到辨识的转子角速度
Figure FDA00025602326700000310
其中，Ka＝2ωc，
Figure FDA00025602326700000311
ωc为锁相环的截止频率ωc，Ke为等效反电动势系数，s为微分算子；利用1/s对所述辨识的转子角速度
Figure FDA00025602326700000312
进行处理，得到辨识的转子位置
Figure FDA00025602326700000313
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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