CN116599413B - 一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法及装置，属于电机控制技术领域，方法包括：利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型；根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制。该方法能够在实现永磁同步电机无位置传感器控制的同时保持良好的稳定性和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法及装置，属于电机控制技术领域。
背景技术
永磁同步电机广泛应用于新能源汽车、风力发电等系统中，它具有结构简单、效率高、运行性能可靠等优点。在电机的矢量控制中，一般情况下实现坐标变换和矢量控制的方法是通过在电机上安装位置编码器来获取电机转子位置信息。但是，在风力发电和新能源领域，电机经常处于恶劣的环境中，使用编码器会影响系统的可靠性并且增加了整个系统的成本。
为了提高系统可靠性与降低成本，无位置传感器技术是一项研究热点。目前，无位置传感器控制技术主要有两类：一类是利用电机凸极特性的高频信号注入法，该方法适合零、低转速域，根据注入信号的不同，又可以分为脉振高频注入法、方波高频注入法和旋转高频注入法。另一类是基于反电动势的模型法，该方法适合中、高转速域，基于反电动势估计转子位置的算法有模型参考自适应法、卡尔曼滤波器法、滑模观测器法。
无位置传感器控制技术能够为永磁同步电机的应用带来经济有效和可靠的解决方案。对于中、高速域的反电势，可以被看作一个时变参数，然而目前具有较好的稳定性和鲁棒性的永磁同步电机无位置传感器控制方法仍未被提出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法及装置，能够在实现永磁同步电机无位置传感器控制的同时保持良好的稳定性和鲁棒性。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法，包括：
利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型；
根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；
根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制。
结合第一方面，进一步的，所述矢量控制策略包括：
对永磁同步电机的转速环进行线性自抗扰控制，获取两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电流/>和/>轴参考电流/>；
对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行坐标变换，获取两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
将所述轴参考电流/>与/>轴电流/>的差值输入至第一PI调节器，获取/>轴参考电压/>；将所述/>轴参考电流/>与/>轴电流/>的差值输入至第二PI调节器，获取/>轴参考电压；
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行坐标变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>；
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行空间矢量调制，获取三相占空比信号/>、/>、/>；
将所述三相占空比信号、/>、/>输入至三相逆变器，由所述三相占空比信号/>、、/>控制所述三相逆变器的桥臂导通或关断，产生正弦电压信号，将所述正弦电压信号输入至永磁同步电机，实现对永磁同步电机的驱动。
结合第一方面，进一步的，所述线性自抗扰控制包括：
利用线性跟踪微分器对转速环的转速参考值进行平滑化处理，获取转速参考值的跟踪值；
利用线性扩张状态观测器对永磁同步电机的总扰动以及根据后级自适应观测器获取的永磁同步电机的转速估计值进行观测，获取转速观测值和总扰动观测值；
对所述转速参考值的跟踪值和转速观测值的差值进行线性状态误差反馈，获取线性状态误差反馈控制律，并将所述总扰动观测值前馈补偿给线性状态误差反馈，获取补偿控制律，利用所述补偿控制律对线性扩张状态观测器进行反馈补偿，实现对永磁同步电机的转速环的线性自抗扰控制。
结合第一方面，进一步的，对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、、/>进行坐标变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>包括：
对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行Clarke变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
对所述两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>进行Park变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行坐标变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>包括：
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行Park逆变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>。
结合第一方面，进一步的，根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型包括：
根据所述矢量控制策略，对直流母线电压和三相占空比信号/>、/>、/>进行相电压计算，获取/>三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压/>、/>、/>；
对所述三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压/>、/>、/>进行Clarke变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压/>和/>轴电压/>；
根据所述两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压/>和/>轴电压/>，以及两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>，构建定子电流数学模型；
其中，所述相电压计算公式为：
，
所述定子电流数学模型的表达式为：
，
其中，为永磁同步电机的定子绕组电感，/>为永磁同步电机的定子绕组阻抗，、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流、/>轴电流，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流的一次导数、/>轴电流的一次导数，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压、/>轴电压，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>，/>，/>为永磁同步电机的转速，/>为永磁同步电机的转子位置角，/>为永磁同步电机的永磁体产生的磁链。
结合第一方面，进一步的，根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器包括：
对所述定子电流数学模型进行拉普拉斯变换和低通滤波，获取定子电流滤波模型；
根据所述定子电流滤波模型，设置不变流形；
根据所述不变流形，设置自适应律；
由所述定子电流滤波模型、不变流形和自适应律共同构成自适应观测器；
其中，所述定子电流滤波模型的表达式为：
，
其中，为拉普拉斯算子，/>为低通滤波器系数，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流、/>轴电流，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四改写参数，，/>，/>，/>为永磁同步电机的定子绕组电感，/>为永磁同步电机的定子绕组阻抗，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压、/>轴电压；
所述不变流形的表达式为：
，
其中，、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量；
所述自适应律的表达式为：
，
其中，为遗忘因子，/>，/>为常数估计增益，/>，/>为常数，/>，/>为永磁同步电机的反电动势，/>，/>为反电动势估计值，/>，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势估计值、/>轴反电动势估计值，/>、/>、/>、为第一、第二、第三、第四中间变量，/>、/>为第一、第二中间变量的一次导数。
结合第一方面，进一步的，根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值包括：
根据所述反电动势估计值，利用反正切法，计算永磁同步电机的转速估计值和未补偿转子位置角估计值；
对所述未补偿转子位置角估计值进行角度补偿，获取永磁同步电机的转子位置角估计值；
其中，所述角度补偿公式为：
，
其中，为永磁同步电机的转子位置角估计值，/>为永磁同步电机的未补偿转子位置角估计值，/>为永磁同步电机的转速估计值，/>为低通滤波器的截止频率。
第二方面，本发明提供一种永磁同步电机的无位置传感器控制装置，包括：
模型构建模块：用于利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型；
估计模块：用于根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；
控制模块：用于根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，根据矢量控制策略构建定子电流数学模型，进一步构建自适应观测器，对永磁同步电机的反电动势进行估计，进而计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，实现永磁同步电机无位置传感器控制。本发明使用了线性自抗扰控制（LADRC）来对永磁同步电机的转速环进行控制，线性自抗扰控制算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强。本发明基于浸入与不变技术，构建自适应观测器，能够有效的估计永磁同步电机的反电动势，且由于估计是连续的，所以没有很大的抖振现象，有助于提高系统的稳定性和鲁棒性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法流程图；
图2是本发明实施例提供的矢量控制策略示意图；
图3是本发明实施例提供的线性自抗扰控制示意图；
图4是本发明实施例提供的自适应观测器示意图；
图5是本发明实施例提供的仿真实验中电机转速估计值与实际值示意图；
图6是本发明实施例提供的仿真实验中电机转速估计误差示意图；
图7是本发明实施例提供的仿真实验中电机转子位置角估计值与实际值示意图；
图8是本发明实施例提供的仿真实验中电机转子位置角估计误差示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
下面详细描述本专利的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例1：
图1是本发明实施例一提供的一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法流程图，本流程图仅仅示出了本实施例方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本发明其它可能的实施例中，可以以不同于图1所示的顺序完成所示出或描述的步骤。
本实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法可应用于终端，可以由永磁同步电机的无位置传感器控制装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在终端中，例如：任一具备通信功能的平板电脑或计算机设备。参见图1，本实施例的方法具体包括如下步骤：
步骤一：利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据矢量控制策略，构建定子电流数学模型；
本实施例中，如图2所示，矢量控制策略包括如下步骤：
步骤a：对永磁同步电机的转速环进行线性自抗扰控制，获取两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电流/>和/>轴参考电流/>；
本实施例中，如图3所示，线性自抗扰控制包括如下步骤：
步骤ⅰ：利用线性跟踪微分器对转速环的转速参考值进行平滑化处理，获取转速参考值的跟踪值；
当输入线性跟踪微分器的目标信号为阶跃信号时，瞬时误差较大，容易导致超调，因此，引入过渡过程，利用线性跟踪微分器对转速环的转速参考值进行平滑化处理，获取转速参考值的跟踪值。
线性跟踪微分器的表达式为：
，
其中，为转速环的转速参考值，/>、/>为转速参考值的跟踪值、微分值，/>、为转速参考值的跟踪值的一次导数、微分值的一次导数，/>为转速环的转速因子，转速因子的大小决定了对转速参考值跟踪的快慢。
步骤ⅱ：利用线性扩张状态观测器对永磁同步电机的总扰动以及根据后级自适应观测器获取的永磁同步电机的转速估计值进行观测，获取转速观测值和总扰动观测值；
线性扩张状态观测器的表达式为：
，
其中，为转速观测值，/>为总扰动观测值，/>为转速观测值的一次导数，/>为总扰动观测值的一次导数，/>、/>为线性扩张状态观测器的第一参数、第二参数，/>，/>，/>为线性扩张状态观测器的带宽，/>为补偿控制律，也作为/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电流/>，/>为补偿控制律的增益，/>，/>为永磁同步电机的转动惯量，/>为永磁同步电机的极对数，/>为永磁同步电机的永磁体产生的磁链，/>为根据后级自适应观测器获取的永磁同步电机的转速估计值。
步骤ⅲ：对转速参考值的跟踪值和转速观测值的差值进行线性状态误差反馈，获取线性状态误差反馈控制律，并将总扰动观测值前馈补偿给线性状态误差反馈，获取补偿控制律，利用补偿控制律对线性扩张状态观测器进行反馈补偿，实现对永磁同步电机的转速环的线性自抗扰控制；
线性状态误差反馈的表达式为：
，
其中，为线性状态误差反馈控制律，/>为线性状态误差反馈的比例增益。
本实施例中，两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电流/>为0，将补偿控制律/>作为/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电流/>。
步骤b：对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行坐标变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
本实施例中，对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行坐标变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>包括如下步骤：
步骤①：对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行Clarke变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
步骤②：对两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>进行Park变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>。
步骤c：将轴参考电流/>与/>轴电流/>的差值输入至第一PI调节器，获取/>轴参考电压/>；将/>轴参考电流/>与/>轴电流/>的差值输入至第二PI调节器，获取/>轴参考电压/>；
步骤d：对轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行坐标变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>；
本实施例中，对轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行Park逆变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>。
步骤e：对轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行空间矢量调制（SVPWM），获取三相占空比信号/>、/>、/>；
步骤f：将三相占空比信号、/>、/>输入至三相逆变器，由三相占空比信号/>、/>、/>控制三相逆变器的桥臂导通或关断，产生正弦电压信号，将正弦电压信号输入至永磁同步电机，实现对永磁同步电机的驱动。
本实施例中，根据矢量控制策略，构建定子电流数学模型包括如下步骤：
步骤（1）：根据矢量控制策略，对直流母线电压和三相占空比信号/>、/>、/>进行相电压计算，获取/>三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压/>、/>、/>；
相电压计算公式为：
，
其中，、/>、/>为/>三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压，/>为直流母线电压，/>、/>、/>为三相占空比信号。
步骤（2）：对三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压/>、/>、/>进行Clarke变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压/>和/>轴电压/>；
步骤（3）：根据两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压/>和/>轴电压/>，以及/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>，构建定子电流数学模型；
定子电流数学模型的表达式为：
，
其中，为永磁同步电机的定子绕组电感，/>为永磁同步电机的定子绕组阻抗，、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流、/>轴电流，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流的一次导数、/>轴电流的一次导数，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压、/>轴电压，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>，/>，/>为永磁同步电机的转速，/>为永磁同步电机的转子位置角，/>为永磁同步电机的永磁体产生的磁链。
步骤二：根据定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；
本实施例中，根据定子电流数学模型，构建自适应观测器包括如下步骤：
步骤A：对定子电流数学模型进行拉普拉斯变换和低通滤波，获取定子电流滤波模型；
对定子电流数学模型进行改写：
，
对经过改写的定子电流数学模型进行进一步改写：
，
其中，、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四改写参数，/>，/>，/>。
对经过进一步改写的定子电流数学模型进行低通滤波，滤波变量的表达式为：
，
其中，为低通滤波器系数，/>、/>、/>为第一、第二、第三简写参数，/>，，/>，/>为/>经过低通滤波后的变量，/>，/>、为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>为/>经过低通滤波后的变量，/>，、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>为/>经过低通滤波后的变量，，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>、/>分别为/>、/>、的一次导数。
对滤波变量进行拉普拉斯变换，滤波变量经过拉普拉斯变换后的表达式为：
，
其中，为拉普拉斯算子。
对滤波变量经过拉普拉斯变换后的表达式进行改写：
，
由此推导获取经过拉普拉斯变换后的定子电流数学模型为：
，
对经过拉普拉斯变换后的定子电流数学模型进行低通滤波，获取定子电流滤波模型的表达式为：
，
定子电流滤波模型可简写为：
，
其中，为永磁同步电机的反电动势，/>。
步骤B：根据定子电流滤波模型，设置不变流形；
不变流形的表达式为：
，
不变流形的表达式可简写为：
，
步骤C：根据不变流形，设置自适应律；
自适应律的表达式为：
，
自适应律的表达式可简写为：
，
其中，为遗忘因子，用来保证有界性，/>，/>为常数估计增益，/>，/>为常数，用来平衡估计快速变化参数的能力，/>，/>为永磁同步电机的反电动势，，/>为反电动势估计值，即自适应观测器的输出值，/>，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势估计值、/>轴反电动势估计值，/>、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四中间变量，/>、/>为第一、第二中间变量的一次导数。
步骤D：由定子电流滤波模型、不变流形和自适应律共同构成自适应观测器。
本实施例中，自适应观测器的示意图如图4所示。
步骤三：根据反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制；
本实施例中，根据反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值包括如下步骤：
步骤Ⅰ：根据反电动势估计值，利用反正切法，计算永磁同步电机的转速估计值和未补偿转子位置角估计值；
反正切法的计算公式为：
，
其中，为永磁同步电机的转速估计值，/>为永磁同步电机的未补偿转子位置角估计值，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势估计值、/>轴反电动势估计值，为永磁同步电机的永磁体产生的磁链。
步骤Ⅱ：对未补偿转子位置角估计值进行角度补偿，获取永磁同步电机的转子位置角估计值；
由于滤波处理获得的估计量会引发相位延迟，该延迟会直接影响转子位置角的估算准确性，因此，在计算转子位置角估计值的基础上增加一个角度补偿，用来弥补由于低通滤波器的延迟效应所造成的估算误差。
角度补偿公式为：
，
其中，为永磁同步电机的转子位置角估计值，/>为低通滤波器的截止频率。
为验证本实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法的有效性，在MATLAB/Simulink中，对所设计的基于浸入与不变技术的自适应观测器和线性自抗扰控制的性能进行仿真，并作出评估，以证实其有效性。模拟实验设定值和永磁同步电机的物理参数如表1所示。
表1 模拟实验设定值和永磁同步电机的物理参数
首先，通过固定转速环的转速参考值为200rad/min时来验证展示转速跟踪，其次使得固定转速环的转速参考值/>为在0.2s时发生变化由200rad/min变为250rad/min，接着考虑鲁棒性，引入了负载的摄动，在0.4s时，加入了2N的负载经过短暂变化，转速重新回到了参考值250rad/min，模拟结果如图5所示，由图6可知，稳定后转速估计误差在0.1左右；由图7来验证在转速变化和加入负载整个过程中的转子角度跟踪，由图8转子位置角估计误差可知，在转速变化和负载变化时转子位置角估计误差在0.8rad左右。因此，本实施例提供的自适应观测器能够在带负载时稳定观测并且能够稳定控制转速。
仿真结果表明，本实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，具有良好的控制性能，在无传感器控制的情况下能够有效应对负载变化对系统带来的干扰，具有较强的鲁棒性和抗干扰性。
本实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，考虑到负载变化、转速变动的问题，根据矢量控制策略构建定子电流数学模型，进一步构建自适应观测器，对永磁同步电机的反电动势进行估计，进而计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，利用永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，能够实现永磁同步电机无位置传感器控制。在本实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法中，使用了线性自抗扰控制（LADRC）来对永磁同步电机的转速环进行控制，线性自抗扰控制算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强。采用反馈控制，能够避免对编码器等传感器的需求，实现无位置传感器控制。本实施例提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，基于浸入与不变技术（I&I），找到不变流形，构建自适应观测器，能够有效的估计永磁同步电机的反电动势，且由于估计是连续的，所以没有很大的抖振现象，有助于提高系统的稳定性和鲁棒性。根据永磁同步电机的反电动势估计值，通过反正切法计算获取永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用角度补偿弥补由于低通滤波器的延迟效应所造成的估算误差，能够提高估算的准确率。
实施例2：
本实施例提供一种永磁同步电机的无位置传感器控制装置，包括：
模型构建模块：用于利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据矢量控制策略，构建定子电流数学模型；
估计模块：用于根据定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；
控制模块：用于根据反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制。
本发明实施例所提供的永磁同步电机的无位置传感器控制装置可执行本发明任意实施例所提供的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种永磁同步电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：
利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型；
根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；
根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制；
根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器包括：
对所述定子电流数学模型进行拉普拉斯变换和低通滤波，获取定子电流滤波模型；
根据所述定子电流滤波模型，设置不变流形；
根据所述不变流形，设置自适应律；
由所述定子电流滤波模型、不变流形和自适应律共同构成自适应观测器；
其中，所述定子电流滤波模型的表达式为：
，
其中，为拉普拉斯算子，/>为低通滤波器系数，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流、/>轴电流，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四改写参数，，/>，/>，/>为永磁同步电机的定子绕组电感，/>为永磁同步电机的定子绕组阻抗，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压、/>轴电压；
所述不变流形的表达式为：
，
其中，、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量；
所述自适应律的表达式为：
，
其中，为遗忘因子，/>，/>为常数估计增益，/>，/>为常数，/>，/>为永磁同步电机的反电动势，/>，/>为反电动势估计值，/>，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势估计值、/>轴反电动势估计值，/>、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四中间变量，/>、/>为第一、第二中间变量的一次导数。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述矢量控制策略包括：
对永磁同步电机的转速环进行线性自抗扰控制，获取两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电流/>和/>轴参考电流/>；
对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行坐标变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
将所述轴参考电流/>与/>轴电流/>的差值输入至第一PI调节器，获取/>轴参考电压/>；将所述/>轴参考电流/>与/>轴电流/>的差值输入至第二PI调节器，获取/>轴参考电压/>；
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行坐标变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>；
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行空间矢量调制，获取三相占空比信号/>、/>、/>；
将所述三相占空比信号、/>、/>输入至三相逆变器，由所述三相占空比信号/>、/>、控制所述三相逆变器的桥臂导通或关断，产生正弦电压信号，将所述正弦电压信号输入至永磁同步电机，实现对永磁同步电机的驱动。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，所述线性自抗扰控制包括：
利用线性跟踪微分器对转速环的转速参考值进行平滑化处理，获取转速参考值的跟踪值；
利用线性扩张状态观测器对永磁同步电机的总扰动以及根据后级自适应观测器获取的永磁同步电机的转速估计值进行观测，获取转速观测值和总扰动观测值；
对所述转速参考值的跟踪值和转速观测值的差值进行线性状态误差反馈，获取线性状态误差反馈控制律，并将所述总扰动观测值前馈补偿给线性状态误差反馈，获取补偿控制律，利用所述补偿控制律对线性扩张状态观测器进行反馈补偿，实现对永磁同步电机的转速环的线性自抗扰控制。
4.根据权利要求2所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行坐标变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>包括：
对三相静止坐标系下永磁同步电机的三相电流/>、/>、/>进行Clarke变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
对所述两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>进行Park变换，获取/>两相旋转坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>；
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行坐标变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>包括：
对所述轴参考电压/>和/>轴参考电压/>进行Park逆变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴参考电压/>和/>轴参考电压/>。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型包括：
根据所述矢量控制策略，对直流母线电压和三相占空比信号/>、/>、/>进行相电压计算，获取/>三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压/>、/>、/>；
对所述三相静止坐标系下永磁同步电机的交流相侧电压/>、/>、/>进行Clarke变换，获取/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压/>和/>轴电压/>；
根据所述两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压/>和/>轴电压/>，以及/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流/>和/>轴电流/>，构建定子电流数学模型；
其中，所述相电压计算公式为：
，
所述定子电流数学模型的表达式为：
，
其中，为永磁同步电机的定子绕组电感，/>为永磁同步电机的定子绕组阻抗，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流、/>轴电流，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流的一次导数、/>轴电流的一次导数，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压、/>轴电压，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>，/>，/>为永磁同步电机的转速，/>为永磁同步电机的转子位置角，/>为永磁同步电机的永磁体产生的磁链。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电机的无位置传感器控制方法，其特征在于，根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值包括：
根据所述反电动势估计值，利用反正切法，计算永磁同步电机的转速估计值和未补偿转子位置角估计值；
对所述未补偿转子位置角估计值进行角度补偿，获取永磁同步电机的转子位置角估计值；
其中，所述角度补偿公式为：
，
其中，为永磁同步电机的转子位置角估计值，/>为永磁同步电机的未补偿转子位置角估计值，/>为永磁同步电机的转速估计值，/>为低通滤波器的截止频率。
7.一种永磁同步电机的无位置传感器控制装置，其特征在于，包括：
模型构建模块：用于利用预构建的矢量控制策略驱动永磁同步电机，并根据所述矢量控制策略，构建定子电流数学模型；
估计模块：用于根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器，并利用所述自适应观测器估计永磁同步电机的反电动势，获取反电动势估计值；
控制模块：用于根据所述反电动势估计值，计算永磁同步电机的转速估计值和转子位置角估计值，并利用所述转速估计值和转子位置角估计值进行永磁同步电机的无位置传感器控制；
根据所述定子电流数学模型，构建自适应观测器包括：
对所述定子电流数学模型进行拉普拉斯变换和低通滤波，获取定子电流滤波模型；
根据所述定子电流滤波模型，设置不变流形；
根据所述不变流形，设置自适应律；
由所述定子电流滤波模型、不变流形和自适应律共同构成自适应观测器；
其中，所述定子电流滤波模型的表达式为：
，
其中，为拉普拉斯算子，/>为低通滤波器系数，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电流、/>轴电流，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势、/>轴反电动势，/>、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四改写参数，，/>，/>，/>为永磁同步电机的定子绕组电感，/>为永磁同步电机的定子绕组阻抗，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴电压、/>轴电压；
所述不变流形的表达式为：
，
其中，、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量，/>、/>为/>、/>经过低通滤波后的变量；
所述自适应律的表达式为：
，
其中，为遗忘因子，/>，/>为常数估计增益，/>，/>为常数，/>，/>为永磁同步电机的反电动势，/>，/>为反电动势估计值，/>，/>、/>为/>两相静止坐标系下永磁同步电机的/>轴反电动势估计值、/>轴反电动势估计值，/>、/>、/>、/>为第一、第二、第三、第四中间变量，/>、/>为第一、第二中间变量的一次导数。
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