CN117277890B - 永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN117277890B
CN117277890B CN202311535322.1A CN202311535322A CN117277890B CN 117277890 B CN117277890 B CN 117277890B CN 202311535322 A CN202311535322 A CN 202311535322A CN 117277890 B CN117277890 B CN 117277890B
Authority
CN
China
Prior art keywords
permanent magnet
magnet synchronous
synchronous motor
rotor
flux linkage
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.)
Active
Application number
CN202311535322.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117277890A (zh
Inventor
杨振
李伟
付文轩
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.)
ZHEJIANG HECHUAN TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
ZHEJIANG HECHUAN TECHNOLOGY 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 ZHEJIANG HECHUAN TECHNOLOGY CO LTD filed Critical ZHEJIANG HECHUAN TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN202311535322.1A priority Critical patent/CN117277890B/zh
Publication of CN117277890A publication Critical patent/CN117277890A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117277890B publication Critical patent/CN117277890B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H02P21/18—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
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H02P25/026—Synchronous motors controlled by supply frequency thereby detecting the rotor position
    • 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
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/01—Current loop, i.e. comparison of the motor current with a current reference
    • 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
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/07—Speed loop, i.e. comparison of the motor speed with a speed reference
    • 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

本发明公开了一种永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质，应用于电机控制技术领域，解决了传统方案的观测器中配置的参数多、计算复杂的问题，包括：检测永磁同步电机的定子电流和定子电压；确定出定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 和q轴分量i q 、定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 和q轴分量u q ，并均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中；通过降阶观测器得到永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值，并进行永磁同步电机的双闭环反馈控制。应用本发明的方案，可以有效地确定出永磁同步电机的转子位置，实现永磁同步电机的运行控制，计算过程简单方便，便于实施。

Description

永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
永磁同步电机具有功率密度高、重量轻、效率高等优势，目前，广泛应用于机器人、数控机床、航空航天、工业自动化等行业。为了获取永磁同步电机运行过程中所需要的转子位置信息，目前，通常使用的是光电或者磁式速度传感器来检测转子位置，但是带来了成本增加、安装困难以及可靠性降低等问题。
而针对永磁同步电机无速度传感器的矢量控制方法，常见的有反电动势法，信号注入法和模型观测法。反电动势法例如可以采用滑膜观测法，在观测位置时采用变结构开关，以很高的频率来回切换，快速修正反电动势。这种方法由于是对反电动势直接观测，因此只有超过10%的额定转速才有效，即存在低速的观测盲区。信号注入法指的是在电机的接线端注入三相平衡的高频电压信号，使电机产生幅值恒定的旋转磁场或者产生沿某一轴线脉动的交变磁场，利用人为造成的不对称性，让电机产生不对称的突磁极，通过检测凸磁极的位置来获取转子位置信息，这种方法虽然不依赖电机参数，可以用于低速运行的场合，但是必须要求电机为凸极电机，此外在转速升高后，高频注入信号会引起转矩脉动，因此高速时无法使用。使用模型观测法时，例如可以使用龙伯格观测器，基于转子磁链，对电机电流和反电动势进行全阶观测从而获取转速，系统的观测效果取决于反馈增益的选取，所需要配置的参数较多，且计算复杂，通常需要进行4阶矩阵的计算，增加了实现难度。
综上所述，如何方便、有效地确定出永磁同步电机的转子位置，从而实现永磁同步电机的运行控制，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质，以方便、有效地确定出永磁同步电机的转子位置，从而实现永磁同步电机的运行控制。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种永磁同步电机的运行控制方法，包括：
检测永磁同步电机的定子电流和定子电压；
确定出所述定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、所述定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、所述定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及所述定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中；
通过所述降阶观测器得到所述永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值；
基于所述转子转速观测值以及所述转子角度观测值，进行所述永磁同步电机的双闭环反馈控制。
在一种实施方式中，通过所述降阶观测器得到所述永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值，包括：
通过所述降阶观测器，基于上一个检测时刻的定子磁链观测值和转子转速观测值/>，按照/>的计算方式，确定出当前检测时刻的定子磁链微分值/>；
对当前检测时刻的所述定子磁链微分值进行积分，得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>；
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>；
其中，n表示当前检测时刻，n-1表示上一个检测时刻，u为电压矩阵且，R为定子电阻，i为电流矩阵且/>，J为单位逆矩阵且/>，K为所述降阶观测器的增益矩阵，L为电感矩阵且/>，L d 为电机电感在两相旋转坐标系下的d轴分量，L q 为电机电感在两相旋转坐标系下的q轴分量，/>为所述永磁同步电机的永磁体磁链。
在一种实施方式中，基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>，包括：
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，将所述定子磁链观测值与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量；
基于PI调节器，通过所述偏差标量确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值；
基于所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
在一种实施方式中，基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，将所述定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量，包括：
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，用偏差标量e反映所述定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差；
其中，偏差标量，/>为转换因子矩阵，/>为转换因子矩阵/>的转置矩阵。
在一种实施方式中，基于PI调节器，通过所述偏差标量确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，包括：
基于PI调节器，通过所述偏差标量确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，且/>；k p 为所述PI调节器的比例系数，k i 为所述PI调节器的积分系数。
在一种实施方式中，基于所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>，包括：
对所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值进行积分，得到所述永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
在一种实施方式中，还包括：
预先将永磁同步电机的转速范围划分为连续的M个转速区间；M为不小于2的正整数；
对于M个转速区间中的每一个转速区间，为所述转速区间设置相对应的增益矩阵；其中，对于M个转速区间中的每一个转速区间，为所述转速区间设置的相对应的增益矩阵为2*2的增益矩阵；
当检测到的所述转子转速观测值进行了转速区间的变化时，将变化之后所属的转速区间所对应的增益矩阵，作为所述降阶观测器的增益矩阵K。
第二方面，本发明提供了一种永磁同步电机的运行控制系统，包括：
电压电流检测模块，用于检测永磁同步电机的定子电流和定子电压；
输入模块，用于确定出所述定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、所述定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、所述定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及所述定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中；
观测模块，用于通过所述降阶观测器得到所述永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值；
双闭环反馈控制模块，用于基于所述转子转速观测值以及所述转子角度观测值，进行所述永磁同步电机的双闭环反馈控制。
第三方面，本发明提供了一种永磁同步电机的运行控制设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如上述任一实施例中所述的永磁同步电机的运行控制方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例中所述的永磁同步电机的运行控制方法的步骤。
应用本发明实施例所提供的技术方案，是基于定子磁链观测的降阶观测器来定位出转子位置，使得计算复杂度较低。具体的，可以检测永磁同步电机的定子电流和定子电压，通过坐标变换，可以确定出定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至本申请所设置的基于定子磁链观测的降阶观测器中，由于使用的是基于定子磁链观测的降阶观测器，因此可以方便地确定出转子转速观测值以及转子角度观测值，其中涉及到的是2阶矩阵的计算，计算上非常方便。确定出了转子转速观测值以及转子角度观测值之后，便可以基于转子转速观测值以及转子角度观测值，进行永磁同步电机的双闭环反馈控制。
综上所述，本申请的方案可以有效地确定出永磁同步电机的转子位置，从而实现永磁同步电机的运行控制，且计算过程简单方便，便于实施。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种永磁同步电机的运行控制方法的实施流程图；
图2为本发明中一种具体实施方式进行永磁同步电机的双闭环反馈控制的原理框图；
图3为本发明中一种具体实施方式中降阶观测器的原理框图；
图4为本发明中一种永磁同步电机的运行控制系统的结构示意图；
图5为本发明中一种永磁同步电机的运行控制设备的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种永磁同步电机的运行控制方法，可以有效地确定出永磁同步电机的转子位置，从而实现永磁同步电机的运行控制，且计算过程简单方便，便于实施。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
请参考图1，图1为本发明中一种永磁同步电机的运行控制方法的实施流程图，该永磁同步电机的运行控制方法可以包括以下步骤：
步骤S101：检测永磁同步电机的定子电流和定子电压。
具体的，本申请的方案中，需要检测出永磁同步电机的定子电流和定子电压，具体的检测电路结构可以根据实际需要进行设定和调整，并不影响本发明的实施，能够实现本申请的功能需求即可。
步骤S102：确定出定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中。
检测出了永磁同步电机的定子电流和定子电压之后，需要进行坐标变换，即将三相静止坐标系下的定子电流和定子电压，转换成两相旋转坐标系下定子电流和定子电压，本申请的方案中，将确定出的定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量表示为i d ，q轴分量则表示为i q ，将确定出的定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量表示为u d ，q轴分量则表示为u q 。
确定出了i d ，i q ，u d 以及u q 之后，便可以输入至本申请所设定的基于定子磁链观测的降阶观测器中，由于本申请采用的是基于定子磁链观测的降阶观测器，使得该降阶观测器的计算复杂度较低，即后续在执行步骤S103时，可以较为方便地确定出转子转速观测值以及转子角度观测值。
步骤S103：通过降阶观测器得到永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值。
本申请的方案中，使用的是基于定子磁链观测的降阶观测器，来观测出永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值，降阶观测器的具体结构可以根据实际需要进行设定和调整，但应当是基于定子磁链实现的观测。
例如在本发明的一种具体实施方式中，步骤S103可以具体包括以下步骤：
步骤一：通过降阶观测器，基于上一个检测时刻的定子磁链观测值和转子转速观测值/>，按照的计算方式，确定出当前检测时刻的定子磁链微分值/>；
步骤二：对当前检测时刻的定子磁链微分值进行积分，得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>；
步骤三：基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>；
其中，n表示当前检测时刻，n-1表示上一个检测时刻，u为电压矩阵且，R为定子电阻，i为电流矩阵且/>，J为单位逆矩阵且/>，K为所述降阶观测器的增益矩阵，L为电感矩阵且/>，L d 为电机电感在两相旋转坐标系下的d轴分量，L q 为电机电感在两相旋转坐标系下的q轴分量，/>为所述永磁同步电机的永磁体磁链。
具体的，该种实施方式中，首先会确定出当前检测时刻的定子磁链微分值。根据永磁同步电机的定子磁链方程，定子磁链可以表示为：/>，此处的/>即为定子磁链，/>，/>，/>为永磁同步电机的永磁体磁链。与此同时，根据电机电压方程，可以得出定子磁链也可以表示为：/>，其中的，R为定子电阻，/>为转子转速，/>。结合这2个定子磁链的表达式，本申请设计了以下的降阶观测器：/>，为/>的估算值，也即定子磁链观测值，/>为/>的估算值，也即转子转速观测值，K为降阶观测器的增益矩阵。
此外需要指出的是，本申请的方案中，由于采用的是基于定子磁链观测的降阶观测器，使得该降阶观测器的计算复杂度较低，即这一式子中，只需要使用2阶矩阵即可，降阶观测器的增益矩阵便是2*2的矩阵，并且在部分实施方式中，降阶观测器的增益矩阵中的参数还可以设置为存在一定关联关系，使得进行该增益矩阵的参数配置时，无需进行该矩阵中的4个参数的配置，而是配置1个或者2个即可，从而按照设定的关联关系，确定出该增益矩阵中的全部4个参数，有利于在实际应用中简化该增益矩阵中的参数配置难度，提高便捷性。
并且需要说明的是，由于在计算当前检测时刻的定子磁链微分值时，需要使用的是上一拍的定子磁链观测值和转子转速观测值，即需要使用上一个检测时刻的定子磁链观测值和转子转速观测值，因此，本申请将当前检测时刻的定子磁链微分值表示为，将上一个检测时刻的定子磁链观测值表示为/>，转子转速观测值则表示为/>，因此上述的降阶观测器可以表示为：。可参阅图3，图3的实施方式中，降阶观测器便采用的是。
确定出当前检测时刻的定子磁链微分值之后，对当前检测时刻的定子磁链微分值/>进行积分，便可以得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>。最后，可以基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值/>，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>。
具体的，在本发明的一种具体实施方式中，上述步骤三可以具体包括：
第一个步骤：基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，将定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量；
第二个步骤：基于PI调节器，通过偏差标量确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值；
第三个步骤：基于永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
该种实施方式考虑到，的右半部分的括号中的内容，反映的是定子磁链的偏差，可以用于矫正观测误差，为了将右半部分的误差收敛至0，需要设计收敛算法。
进一步的，在本发明的一种具体实施方式中，为了方便收敛算法的计算，可以将偏差矢量转换为标量，也即在本发明的一种具体实施方式中，上述第一个步骤可以具体为：基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，用偏差标量e反映定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差，偏差标量/>，/>为转换因子矩阵，是2*1的矩阵，/>为转换因子矩阵/>的转置矩阵。实际应用中，转换因子矩阵/>通常可以设置为/>。
将偏差矢量转换为偏差标量之后，将偏差收敛，便可以使用PI调节器将偏差计算为转子转速观测值，例如在本发明的一种具体实施方式中，上述第二个步骤可以具体为：
基于PI调节器，通过偏差标量确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，且/>；k p 为PI调节器的比例系数，k i 为PI调节器的积分系数。
该种实施方式中，基于PI调节器，将偏差标量e计算为转子转速观测值。
确定出了永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值之后，便可以基于，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
例如在本发明的一种具体实施方式中，上述第三个步骤可以具体为。
对永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值进行积分，得到永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>，即/>。
可参阅图3，图3的实施方式中，通过得到了当前检测时刻的定子磁链微分值/>之后，对当前检测时刻的定子磁链微分值/>进行积分，便可以得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>，之后通过/>确定出偏差标量e，然后将偏差标量e代入PI调节器中，得到/>。而对永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>进行积分之后，便可以得到永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
步骤S104：基于转子转速观测值以及转子角度观测值，进行永磁同步电机的双闭环反馈控制。
确定出转子转速观测值以及转子角度观测值之后，可以进行永磁同步电机的双闭环反馈控制，即进行外环为速度环，内环为电流环的双闭环反馈控制。双闭环反馈控制的原理框架图可参阅图2，图2中的为转速指令值，/>和/>分别为目标定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量和q轴分量。由图2可知，外环需要使用到降阶观测器所观测出的转子转速观测值/>，从而运行速度闭环单元ASR，而内环的电流闭环则需要降阶观测器给出的转子角度观测值/>，并且需要使用到采样的定子电流的d轴分量i d 和q轴分量i q ，以实现电流内环ACR的工作。
在本发明的一种具体实施方式中，还可以包括：
预先将永磁同步电机的转速范围划分为连续的M个转速区间；
对于M个转速区间中的每一个转速区间，为转速区间设置相对应的增益矩阵；其中，对于M个转速区间中的每一个转速区间，为转速区间设置的相对应的增益矩阵为2*2的增益矩阵；
当检测到的转子转速观测值进行了转速区间的变化时，将变化之后所属的转速区间所对应的增益矩阵，作为降阶观测器的增益矩阵K。
该种实施方式中考虑到，永磁同步电机的转速不同时，最合适的增益矩阵的参数可能会发生改变，因此该种实施方式中，预先将永磁同步电机的转速范围划分为连续的M个转速区间，M为不小于2的正整数。
对于M个转速区间中的每一个转速区间，均设置了相对应的2*2的增益矩阵，而如果检测到的转子转速观测值进行了转速区间的变化时，说明转子转速出现了较大范围的变化，因此，可以将变化之后所属的转速区间所对应的增益矩阵，作为降阶观测器当前所使用的增益矩阵K，也就是说，该种实施方式中，可以基于当前的转速，选取出合适的增益矩阵K，以使得本申请的降阶观测器能够达到更理想的观测效果，也即保障了本申请的方案能够准确地确定出转子位置，保障永磁同步电机的稳定运行。
应用本发明实施例所提供的技术方案，是基于定子磁链观测的降阶观测器来定位出转子位置，使得计算复杂度较低。具体的，可以检测永磁同步电机的定子电流和定子电压，通过坐标变换，可以确定出定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至本申请所设置的基于定子磁链观测的降阶观测器中，由于使用的是基于定子磁链观测的降阶观测器，因此可以方便地确定出转子转速观测值以及转子角度观测值，其中涉及到的是2阶矩阵的计算，计算上非常方便。确定出了转子转速观测值以及转子角度观测值之后，便可以基于转子转速观测值以及转子角度观测值，进行永磁同步电机的双闭环反馈控制。
综上所述，本申请的方案可以有效地确定出永磁同步电机的转子位置，从而实现永磁同步电机的运行控制，且计算过程简单方便，便于实施。
相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的运行控制系统，可与上文相互对应参照。
参见图4所示，为本发明中一种永磁同步电机的运行控制系统的结构示意图，包括：
电压电流检测模块401，用于检测永磁同步电机的定子电流和定子电压；
输入模块402，用于确定出定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中；
观测模块403，用于通过降阶观测器得到永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值；
双闭环反馈控制模块404，用于基于转子转速观测值以及转子角度观测值，进行永磁同步电机的双闭环反馈控制。
在本发明的一种具体实施方式中，观测模块403包括：
定子磁链微分值观测单元，用于通过降阶观测器，基于上一个检测时刻的定子磁链观测值和转子转速观测值/>，按照的计算方式，确定出当前检测时刻的定子磁链微分值/>；
定子磁链观测单元，用于对当前检测时刻的定子磁链微分值进行积分，得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>；
转子转速及角度观测单元，用于基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值；
其中，n表示当前检测时刻，n-1表示上一个检测时刻，u为电压矩阵且，R为定子电阻，i为电流矩阵且/>，J为单位逆矩阵且/>，K为降阶观测器的增益矩阵，L为电感矩阵且/>，L d 为电机电感在两相旋转坐标系下的d轴分量，L q 为电机电感在两相旋转坐标系下的q轴分量，/>为永磁同步电机的永磁体磁链。
在本发明的一种具体实施方式中，转子转速及角度观测单元具体包括：
偏差标量确定子单元，用于基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，将定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量；
转子转速观测子单元，用于基于PI调节器，通过偏差标量确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值；
转子角度观测子单元，用于基于永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
在本发明的一种具体实施方式中，偏差标量确定子单元，具体用于；
基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，用偏差标量e反映定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差；/>
其中，偏差标量，/>为转换因子矩阵，/>为转换因子矩阵/>的转置矩阵。
在本发明的一种具体实施方式中，转子转速观测子单元，具体用于：
基于PI调节器，通过偏差标量确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，且/>；k p 为PI调节器的比例系数，k i 为PI调节器的积分系数。
在本发明的一种具体实施方式中，转子角度观测子单元，具体用于：
对永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值进行积分，得到永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
在本发明的一种具体实施方式中，还包括增益矩阵参数选取模块，用于：
预先将永磁同步电机的转速范围划分为连续的M个转速区间；M为不小于2的正整数；
对于M个转速区间中的每一个转速区间，为转速区间设置相对应的增益矩阵；其中，对于M个转速区间中的每一个转速区间，为转速区间设置的相对应的增益矩阵为2*2的增益矩阵；
当检测到的转子转速观测值进行了转速区间的变化时，将变化之后所属的转速区间所对应的增益矩阵，作为降阶观测器的增益矩阵K。
相应于上面的方法和系统实施例，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的运行控制设备以及一种计算机可读存储介质，可与上文相互对应参照。
可参阅图5，该永磁同步电机的运行控制设备可以包括：
存储器501，用于存储计算机程序；
处理器502，用于执行计算机程序以实现如上述任一实施例中的永磁同步电机的运行控制方法的步骤。
该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例中的永磁同步电机的运行控制方法的步骤。这里所说的计算机可读存储介质包括随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
还需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
本领域技术人员还可以进一步意识到，结合本申请中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本申请中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机的运行控制方法，其特征在于，包括：
检测永磁同步电机的定子电流和定子电压；
确定出所述定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、所述定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、所述定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及所述定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中；
通过所述降阶观测器得到所述永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值；
基于所述转子转速观测值以及所述转子角度观测值，进行所述永磁同步电机的双闭环反馈控制；
通过所述降阶观测器得到所述永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值，包括：
通过所述降阶观测器，基于上一个检测时刻的定子磁链观测值和转子转速观测值/>，按照/>的计算方式，确定出当前检测时刻的定子磁链微分值/>；
对当前检测时刻的所述定子磁链微分值进行积分，得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>；
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>；
其中，n表示当前检测时刻，n-1表示上一个检测时刻，u为电压矩阵且，R为定子电阻，i为电流矩阵且/>，J为单位逆矩阵且/>，K为所述降阶观测器的增益矩阵，L为电感矩阵且/>，L d 为电机电感在两相旋转坐标系下的d轴分量，L q 为电机电感在两相旋转坐标系下的q轴分量，/>为所述永磁同步电机的永磁体磁链；
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>，包括：
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，将所述定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量；
基于PI调节器，通过所述偏差标量确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值；
基于所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的运行控制方法，其特征在于，基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，将所述定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量，包括：
基于当前检测时刻所得到的所述定子磁链观测值，用偏差标量e反映所述定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差；
其中，偏差标量，/>为转换因子矩阵，/>为转换因子矩阵/>的转置矩阵。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的运行控制方法，其特征在于，基于PI调节器，通过所述偏差标量确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，包括：
基于PI调节器，通过所述偏差标量确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，且/>；k p 为所述PI调节器的比例系数，k i 为所述PI调节器的积分系数。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机的运行控制方法，其特征在于，基于所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出所述永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>，包括：
对所述永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值进行积分，得到所述永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
5.根据权利要求1至4任一项所述的永磁同步电机的运行控制方法，其特征在于，还包括：
预先将永磁同步电机的转速范围划分为连续的M个转速区间；M为不小于2的正整数；
对于M个转速区间中的每一个转速区间，为所述转速区间设置相对应的增益矩阵；其中，对于M个转速区间中的每一个转速区间，为所述转速区间设置的相对应的增益矩阵为2*2的增益矩阵；
当检测到的所述转子转速观测值进行了转速区间的变化时，将变化之后所属的转速区间所对应的增益矩阵，作为所述降阶观测器的增益矩阵K。
6.一种永磁同步电机的运行控制系统，其特征在于，包括：
电压电流检测模块，用于检测永磁同步电机的定子电流和定子电压；
输入模块，用于确定出所述定子电流在两相旋转坐标系下的d轴分量i d 、所述定子电流在两相旋转坐标系下的q轴分量i q 、所述定子电压在两相旋转坐标系下的d轴分量u d 、以及所述定子电压在两相旋转坐标系下的q轴分量u q ，并且均输入至基于定子磁链观测的降阶观测器中；
观测模块，用于通过所述降阶观测器得到所述永磁同步电机的转子转速观测值以及转子角度观测值；
双闭环反馈控制模块，用于基于所述转子转速观测值以及所述转子角度观测值，进行所述永磁同步电机的双闭环反馈控制；
所述观测模块包括：
定子磁链微分值观测单元，用于通过降阶观测器，基于上一个检测时刻的定子磁链观测值和转子转速观测值/>，按照的计算方式，确定出当前检测时刻的定子磁链微分值/>；
定子磁链观测单元，用于对当前检测时刻的定子磁链微分值进行积分，得到当前检测时刻的定子磁链观测值/>；
转子转速及角度观测单元，用于基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值/>以及转子角度观测值/>；
其中，n表示当前检测时刻，n-1表示上一个检测时刻，u为电压矩阵且，R为定子电阻，i为电流矩阵且/>，J为单位逆矩阵且/>，K为降阶观测器的增益矩阵，L为电感矩阵且/>，L d 为电机电感在两相旋转坐标系下的d轴分量，L q 为电机电感在两相旋转坐标系下的q轴分量，/>为永磁同步电机的永磁体磁链；
所述转子转速及角度观测单元具体包括：
偏差标量确定子单元，用于基于当前检测时刻所得到的定子磁链观测值，将定子磁链观测值/>与实际定子磁链之间的偏差矢量转换为偏差标量；
转子转速观测子单元，用于基于PI调节器，通过偏差标量确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值；
转子角度观测子单元，用于基于永磁同步电机当前检测时刻的转子转速观测值，确定出永磁同步电机当前检测时刻的转子角度观测值/>。
7.一种永磁同步电机的运行控制设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求1至5任一项所述的永磁同步电机的运行控制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的永磁同步电机的运行控制方法的步骤。
CN202311535322.1A 2023-11-17 2023-11-17 永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质 Active CN117277890B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311535322.1A CN117277890B (zh) 2023-11-17 2023-11-17 永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311535322.1A CN117277890B (zh) 2023-11-17 2023-11-17 永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117277890A CN117277890A (zh) 2023-12-22
CN117277890B true CN117277890B (zh) 2024-02-13

Family

ID=89216339

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311535322.1A Active CN117277890B (zh) 2023-11-17 2023-11-17 永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117277890B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114614714A (zh) * 2022-04-01 2022-06-10 华中科技大学 一种无速度传感器感应电机高速域的稳定控制方法
CN114696675A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 核工业理化工程研究院 基于改进反电势法的转子位置角及速度的检测方法及控制方法
CN114696695A (zh) * 2022-01-04 2022-07-01 西安理工大学 永磁同步直线电机无传感器控制性能的提升方法
CN116365937A (zh) * 2022-11-14 2023-06-30 浙江超精电机科技有限公司 一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN116488514A (zh) * 2023-04-26 2023-07-25 江南大学 基于降阶ekf的永磁同步电机无传感器控制方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015105007A1 (de) * 2015-03-31 2016-10-06 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Verfahren zur sensorlosen Lagebestimmung des Rotors von elektronisch kommutierten Synchronmaschinen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114696675A (zh) * 2020-12-28 2022-07-01 核工业理化工程研究院 基于改进反电势法的转子位置角及速度的检测方法及控制方法
CN114696695A (zh) * 2022-01-04 2022-07-01 西安理工大学 永磁同步直线电机无传感器控制性能的提升方法
CN114614714A (zh) * 2022-04-01 2022-06-10 华中科技大学 一种无速度传感器感应电机高速域的稳定控制方法
CN116365937A (zh) * 2022-11-14 2023-06-30 浙江超精电机科技有限公司 一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN116488514A (zh) * 2023-04-26 2023-07-25 江南大学 基于降阶ekf的永磁同步电机无传感器控制方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Position Error Suppression Method for SynRM Drives Based on Reduced-Order Flux Observer;Ziyuan Wang etal.;2022 25th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS);第1-6页 *
无速度传感器感应电机降阶磁链观测器方法及实现;宋文祥;周杰;阮智勇;朱洪志;;电机与控制学报(第06期);第42-49页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117277890A (zh) 2023-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Self-correction of commutation point for high-speed sensorless BLDC motor with low inductance and nonideal back EMF
CN106655938B (zh) 基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统及控制方法
CN113364377B (zh) 一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法
CN101630938A (zh) 无位置传感器永磁同步电机转子初始位置辨识方法
CN110488192B (zh) 永磁同步电机驱动系统的三相电流重构方法
CN109768753B (zh) 新型滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机模型预测控制方法
CN108696187B (zh) 无轴承同步磁阻电机参数观测的悬浮系统构造方法
CN108494308A (zh) 一种快速锁定异步电机转子频率的控制方法
CN111193448A (zh) 基于扩展卡尔曼滤波器的表贴式永磁同步电机负载转矩观测方法
CN112910359A (zh) 一种改进型永磁同步直线电机模型预测电流控制方法
CN211429147U (zh) 一种用于永磁同步电机的旋变调零系统
CN110557069B (zh) 转子运行参数估计方法、电机控制系统和自抗扰控制器
Comanescu Cascaded EMF and speed sliding mode observer for the nonsalient PMSM
CN113992098A (zh) 一种永磁同步电机稳态性能的提升方法、系统
CN114142774A (zh) 一种基于正弦曲线拟合观测器的pmsm相电流重构方法
CN117277890B (zh) 永磁同步电机的运行控制方法、系统、设备及存储介质
CN116208054A (zh) 一种正弦型电励磁双凸极电机转子初始位置检测方法
Duan et al. Instantaneous power control of a high speed permanent magnet synchronous generator based on a sliding mode observer and a phase locked loop
CN114221584B (zh) 一种无速度传感器控制的永磁同步电机
CN111130409B (zh) 一种无框力矩电机的超低速高精度定位控制方法
CN112019116B (zh) 一种永磁直线同步电机速度跟踪控制方法
CN114157193A (zh) 一种寻优插值式同步电机转矩脉动抑制控制方法及系统
CN113517838A (zh) 一种基于永磁同步电机的转子位置角确定方法及装置
CN113141136A (zh) 一种基于离散超螺旋滑模算法的永磁同步电机控制系统
CN106301107B (zh) 一种抽水蓄能机组静止变频起动转子位置估计方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant