CN116317764A - 一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法 - Google Patents

一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法 Download PDF

Info

Publication number
CN116317764A
CN116317764A CN202310384661.8A CN202310384661A CN116317764A CN 116317764 A CN116317764 A CN 116317764A CN 202310384661 A CN202310384661 A CN 202310384661A CN 116317764 A CN116317764 A CN 116317764A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flux linkage
gain
model
observer
coordinate system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310384661.8A
Other languages
English (en)
Inventor
吴德钦
冉启海
王明江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Yusi Semiconductor Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Yusi Semiconductor Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Yusi Semiconductor Co ltd filed Critical Shenzhen Yusi Semiconductor Co ltd
Priority to CN202310384661.8A priority Critical patent/CN116317764A/zh
Publication of CN116317764A publication Critical patent/CN116317764A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/141—Flux estimation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，涉及永磁电机控制技术领域，包括可变增益模块，永磁同步电机在不同的应用场合需要选取不同的更加适用的模型，在选取模型时需要考虑其应用的坐标系，永磁同步电机的d‑q坐标系形式简单，本发明基于转子磁链在高低速下基本接近这一条件，以磁链作为观测对象，在传统非线性磁链观测模型的基础上，对观测器增益进行改进，实现了对转子位置的高精度观测，通过对转子位置估算的准确性更高，使得电机运行更平稳，同时将算法均经过定点化，计算复杂度低，对微控制器性能要求较低，从而导致算法效果稳定，避免了低速下信噪比等因素的负面影响。

Description

一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法
技术领域
本发明涉及永磁电机控制技术领域，具体涉及一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法。
背景技术
永磁同步电动机广泛地应用到工业生产中，同时一些其他行业也在逐渐使用永磁同步电动机，从而使得永磁同步电机的拥堵更加广泛，主要的原因是这种电动机有较高的效率，为提高电机的利用效率，就需要使用永磁同步电机的无传感器控制算法，其核心是快速且高精度得获取转子位置及速度信息，在应用于永磁同步电机的众多位置观测算法中，非线性磁链观测器表现出了优异的性能。
但是传统的非线性磁链观测算法仍存在收敛速度慢，易超调，观测角度误差较大等缺点，这些缺陷导致电机在运行过程中产生失步、振动及啸叫等问题，很大程度上加大了电机的控制难度。
发明内容
鉴于上述现有用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，解决了永磁电机控制的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，包括可变增益模块，永磁同步电机在不同的应用场合需要选取不同的更加适用的模型，在选取模型时需要考虑其应用的坐标系，永磁同步电机的d-q坐标系形式简单，如以下公式：
Figure BDA0004173429870000011
ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量，id、iq分别是定子电流的d-q轴分量，R是定子的电阻，ωe是电角速度，Ld、Lq分别是d-q轴电感分量，
Figure BDA0004173429870000012
是转子永磁体磁链为了计算方便，在磁链模型中，一般使用α-β坐标系下的数学模型进行算法设计，将上式经过反Park变换，得到公式：
Figure BDA0004173429870000021
其中的uα、uβ是静止坐标系α-β下的定子电压，iα、iβ是静止坐标系α-β下的定子电流，θe是转子位置信息，且α-β坐标系下的各项电感满足式如下：
Figure BDA0004173429870000022
对于表贴式永磁同步电机，其交直轴磁阻的差异很小，相应的交直轴电感的差异也很小，因此可以认为Ld＝Lq，所以可以得到式：
Lα＝Lβ＝L＝Ls
Ls为永磁同步电机的定子电感，通过将式
Figure BDA0004173429870000023
简化从而得到式：
Figure BDA0004173429870000024
优选地，为方便进行后续观测，定义两个状态变量，状态变量如下：
Figure BDA0004173429870000025
y＝-Riαβ+uαβ
其中的状态变量y只包含可测量的定子电流和电压，不包含与转子速度和位置有关的任何位置量，因此，它是已知的且其实质就是PMSM的反电动势；x实质上是关于磁链的状态变量，我们对磁链的状态变量x微分，便可以得到反电动势，同时根据
Figure BDA0004173429870000031
以及/>
Figure BDA0004173429870000032
可以得到
Figure BDA0004173429870000033
状态变量x包含了永磁体磁链以及转子位置信息，且对y积分可得到估算的磁链值，因此非线性磁链模型的思路为：把估算的磁链幅值与实际磁链幅值的差，作为估算的磁链分量的补偿项，从而便可以观测出磁链分量。
优选地，所述非线性磁链模型的构建模型如下公式：
Figure BDA0004173429870000034
其中，Err是估算磁链与实际磁链的幅值差，即如：
Figure BDA0004173429870000035
Figure BDA0004173429870000036
为定义的矢量函数，则可以得知其满足式为：
Figure BDA0004173429870000037
该矢量函数的模型就是磁链的幅值，γ为此非线性磁链模型观测器的增益，此增益对该模型起着决定性作用，本发明即对该增益进行了改进。对/>
Figure BDA0004173429870000038
进行积分，便可得到状态变量x的值，根据式/>
Figure BDA0004173429870000039
矢量函数/>
Figure BDA00041734298700000310
包含了转子位置信息，即可得知/>
Figure BDA00041734298700000311
优选地，由上可以得知观测到的转子电角度如式
Figure BDA00041734298700000312
这里x1、x2分别是静止坐标系下的状态变量。
优选地，非线性磁链模型中，将估算到的磁链幅值和实际磁链幅值的差值与固定的观测器增益进行乘积运算，作为估算的磁链分量的补偿项，从而纠正磁链分量使其逐渐逼近实际值。为了减小估算误差，提高逼近速度，增强此模型的收敛性，通过将固定增益变为新的可变增益模型，建立了一线性模型
Figure BDA0004173429870000041
该模型以转子磁链为阈值，使得观测器增益γ可随磁链误差值动态调整，当磁链误差值大于给定阈值时，观测器增益将呈线性关系进行动态调整，否则观测器以初始增益逐渐收敛，k1表示磁链误差对观测器增益的影响程度，k2决定了观测器增益开始变化的阈值点，γ0为初始的观测器增益值。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、本发明基于转子磁链在高低速下基本接近这一条件，以磁链作为观测对象，在传统非线性磁链观测模型的基础上，对观测器增益进行改进，实现了对转子位置的高精度观测。
2、本发明通过对转子位置估算的准确性更高，使得电机运行更平稳，同时将算法均经过定点化，计算复杂度低，对微控制器性能要求较低，从而导致算法效果稳定，避免了低速下信噪比等因素的负面影响。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的改进后的观测算法流程框图；
图2为本发明的改进前后的观测器增益模型；
图3为本发明的观测角度与实际角度值；
图4为本发明的可变增益模型下的实际转速曲线图；
图5为本发明的传统非线性磁链模型下的实际转速曲线图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明实施例公开一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法。
本发明提供了如图1-3所示的一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，包括可变增益模块，永磁同步电机在不同的应用场合需要选取不同的更加适用的模型，在选取模型时需要考虑其应用的坐标系，永磁同步电机的d-q坐标系形式简单，如以下公式：
Figure BDA0004173429870000051
ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量，id、iq分别是定子电流的d-q轴分量，R是定子的电阻，ωe是电角速度，Ld、Lq分别是d-q轴电感分量，
Figure BDA0004173429870000052
是转子永磁体磁链为了计算方便，在磁链模型中，一般使用α-β坐标系下的数学模型进行算法设计，将上式经过反Park变换，得到公式：
Figure BDA0004173429870000053
其中的uα、uβ是静止坐标系α-β下的定子电压，iα、iβ是静止坐标系α-β下的定子电流，θe是转子位置信息，且α-β坐标系下的各项电感满足式如下：
Figure BDA0004173429870000054
对于表贴式永磁同步电机，其交直轴磁阻的差异很小，相应的交直轴电感的差异也很小，因此可以认为Ld＝Lq，所以可以得到式：
Lα＝Lβ＝L＝Ls
Ls为永磁同步电机的定子电感，通过将式
Figure BDA0004173429870000061
简化从而得到式：
Figure BDA0004173429870000062
其中，为方便进行后续观测，定义两个状态变量，状态变量如下：
Figure BDA0004173429870000063
y＝-Riαβ+uαβ
其中的状态变量y只包含可测量的定子电流和电压，不包含与转子速度和位置有关的任何位置量，因此，它是已知的且其实质就是PMSM的反电动势；x实质上是关于磁链的状态变量，我们对磁链的状态变量x微分，便可以得到反电动势，同时根据
Figure BDA0004173429870000064
以及/>
Figure BDA0004173429870000065
可以得到
Figure BDA0004173429870000066
状态变量x包含了永磁体磁链以及转子位置信息，且对y积分可得到估算的磁链值，因此非线性磁链模型的思路为：把估算的磁链幅值与实际磁链幅值的差，作为估算的磁链分量的补偿项，从而便可以观测出磁链分量。
其中，所述非线性磁链模型的构建模型如下公式：
Figure BDA0004173429870000067
其中，Err是估算磁链与实际磁链的幅值差，即如：
Figure BDA0004173429870000071
Figure BDA0004173429870000072
为定义的矢量函数，则可以得知其满足式为：
Figure BDA0004173429870000073
该矢量函数的模型就是磁链的幅值，γ为此非线性磁链模型观测器的增益，此增益对该模型起着决定性作用，本发明即对该增益进行了改进。对/>
Figure BDA0004173429870000074
进行积分，便可得到状态变量x的值，根据式/>
Figure BDA0004173429870000075
矢量函数/>
Figure BDA0004173429870000076
包含了转子位置信息，即可得知/>
Figure BDA0004173429870000077
其中，由上可以得知观测到的转子电角度如式
Figure BDA0004173429870000078
这里x1、x2分别是静止坐标系下的状态变量。
其中，非线性磁链模型中，将估算到的磁链幅值和实际磁链幅值的差值与固定的观测器增益进行乘积运算，作为估算的磁链分量的补偿项，从而纠正磁链分量使其逐渐逼近实际值。为了减小估算误差，提高逼近速度，增强此模型的收敛性，通过将固定增益变为新的可变增益模型，建立了一线性模型
Figure BDA0004173429870000079
该模型以转子磁链为阈值，使得观测器增益γ可随磁链误差值动态调整，当磁链误差值大于给定阈值时，观测器增益将呈线性关系进行动态调整，否则观测器以初始增益逐渐收敛，k1表示磁链误差对观测器增益的影响程度，k2决定了观测器增益开始变化的阈值点，γ0为初始的观测器增益值。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，其特征在于，包括可变增益模块，永磁同步电机在不同的应用场合需要选取不同的更加适用的模型，在选取模型时需要考虑其应用的坐标系，永磁同步电机的d-q坐标系形式简单，如以下公式：
Figure FDA0004173429860000011
ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量，id、iq分别是定子电流的d-q轴分量，R是定子的电阻，ωe是电角速度，Ld、Lq分别是d-q轴电感分量，
Figure FDA0004173429860000012
是转子永磁体磁链为了计算方便，在磁链模型中，一般使用α-β坐标系下的数学模型进行算法设计，将上式经过反Park变换，得到公式：
Figure FDA0004173429860000013
其中的uα、uβ是静止坐标系α-β下的定子电压，iα、iβ是静止坐标系α-β下的定子电流，θe是转子位置信息，且α-β坐标系下的各项电感满足式如下：
Figure FDA0004173429860000014
对于表贴式永磁同步电机，其交直轴磁阻的差异很小，相应的交直轴电感的差异也很小，因此可以认为Ld＝Lq，所以可以得到式：
Lα＝Lβ＝L＝Ls
Ls为永磁同步电机的定子电感，通过将式
Figure FDA0004173429860000021
简化从而得到式：
Figure FDA0004173429860000022
2.根据权利要求1所述的用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，其特征在于，为方便进行后续观测，定义两个状态变量，状态变量如下：
Figure FDA0004173429860000023
y＝-Riαβ+uαβ
其中的状态变量y只包含可测量的定子电流和电压，不包含与转子速度和位置有关的任何位置量，因此，它是已知的且其实质就是PMSM的反电动势；x实质上是关于磁链的状态变量，我们对磁链的状态变量x微分，便可以得到反电动势，同时根据
Figure FDA0004173429860000024
以及/>
Figure FDA0004173429860000025
可以得到
y＝-Riαβ+uαβ
Figure FDA0004173429860000026
状态变量x包含了永磁体磁链以及转子位置信息，且对y积分可得到估算的磁链值，因此非线性磁链模型的思路为：把估算的磁链幅值与实际磁链幅值的差，作为估算的磁链分量的补偿项，从而便可以观测出磁链分量。
3.根据权利要求1所述的用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，其特征在于，所述非线性磁链模型的构建模型如下公式：
Figure FDA0004173429860000027
其中，Err是估算磁链与实际磁链的幅值差，即如：
Figure FDA0004173429860000031
Figure FDA0004173429860000032
为定义的矢量函数，则可以得知其满足式为：
Figure FDA0004173429860000033
该矢量函数的模型就是磁链的幅值，γ为此非线性磁链模型观测器的增益，此增益对该模型起着决定性作用，本发明即对该增益进行了改进。对/>
Figure FDA0004173429860000034
进行积分，便可得到状态变量x的值，根据式/>
Figure FDA0004173429860000035
矢量函数/>
Figure FDA0004173429860000036
包含了转子位置信息，即可得知/>
Figure FDA0004173429860000037
4.根据权利要求1所述的用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，其特征在于，由上可以得知观测到的转子电角度如式
Figure FDA0004173429860000038
这里x1、x2分别是静止坐标系下的状态变量。
5.根据权利要求1所述的用于PMSM电机的增益可变的磁链观测算法，其特征在于，非线性磁链模型中，将估算到的磁链幅值和实际磁链幅值的差值与固定的观测器增益进行乘积运算，作为估算的磁链分量的补偿项，从而纠正磁链分量使其逐渐逼近实际值。为了减小估算误差，提高逼近速度，增强此模型的收敛性，通过将固定增益变为新的可变增益模型，建立了一线性模型
Figure FDA0004173429860000039
该模型以转子磁链为阈值，使得观测器增益γ可随磁链误差值动态调整，当磁链误差值大于给定阈值时，观测器增益将呈线性关系进行动态调整，否则观测器以初始增益逐渐收敛，k1表示磁链误差对观测器增益的影响程度，k2决定了观测器增益开始变化的阈值点，γ0为初始的观测器增益值。
CN202310384661.8A 2023-04-12 2023-04-12 一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法 Pending CN116317764A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310384661.8A CN116317764A (zh) 2023-04-12 2023-04-12 一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310384661.8A CN116317764A (zh) 2023-04-12 2023-04-12 一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116317764A true CN116317764A (zh) 2023-06-23

Family

ID=86783471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310384661.8A Pending CN116317764A (zh) 2023-04-12 2023-04-12 一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116317764A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109787524B (zh) 一种永磁同步电机参数在线辨识方法
Feng et al. Hybrid terminal sliding-mode observer design method for a permanent-magnet synchronous motor control system
US6598008B2 (en) Method of estimating speed of induction motor and magnetic flux of rotor
CN110492813B (zh) 一种开绕组永磁同步电机的转矩脉动抑制方法
CN111293947B (zh) 一种改良永磁同步电机无速度传感器控制方法
CN111181458A (zh) 基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机转子磁链观测方法
CN108347207B (zh) 基于复数pi控制器的永磁同步电机位置和速度估算方法
CN111327242A (zh) 一种三电平永磁同步电机无模型预测电流控制方法
CN114337434B (zh) 一种考虑电感饱和效应的永磁电机参数离线辨识方法
CN111293939A (zh) 一种电机谐波电流的抑制方法
CN108599661A (zh) 一种永磁同步电机无传感器复合控制方法
CN111711392A (zh) 永磁同步电机单电流传感器预测控制和参数扰动抑制方法
CN111293946B (zh) 一种电机谐波电流的抑制方法
CN113364375B (zh) 变结构电流调节器的pmsm驱动系统无传感器控制方法
CN114944801A (zh) 一种基于新息自适应扩展卡尔曼的pmsm无位置传感器控制方法
Kumar et al. Fractional order PLL based sensorless control of PMSM with sliding mode observer
Sim et al. A simple strategy for sensorless speed control for an IPMSM during startup and over wide speed range
CN117277878A (zh) 一种基于相角补偿的电机带载启动控制方法
CN116317764A (zh) 一种用于pmsm电机的增益可变的磁链观测算法
CN108683370B (zh) 一种基于自适应滑模观测器的无刷直流电机转矩控制方法
Volpato Filho et al. Adaptive observer for sensorless permanent magnet synchronous machines with online pole placement
CN111987955B (zh) 用于凸极式永磁同步电机的自适应滑模控制系统及方法
CN112468029A (zh) 一种基于三次谐波反电势的五相永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN111082711A (zh) 一种无刷直流电机反步法控制方法及系统
Matwankar et al. Position Sensorless Torque Ripple Control of Switched Reluctance Motor Drive using B-Spline Neural Network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination