一种永磁同步电机的控制方法及系统与流程

技术特征：

1.一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括：

步骤S100获取永磁同步电机当前的运行状态；

当处于超低速运行，和/或，低速运行时执行步骤S200；

步骤S200在当前工作状态下向永磁同步电机输入的高频电压信号；

步骤S300根据输入的所述高频电压信号获取永磁同步电机的转子位置信息；

步骤S400根据所述转子位置信息获取永磁同步电机在当前状态下的转速；

当所述转速达到高速范围时，切换至步骤S500；

步骤S500根据预设高转速分析方法控制永磁同步电机运行，执行步骤S600；

步骤S600根据所述预设高转速分析方法判断当转速进入低速运行范围时，切换永磁同步电机执行步骤S200。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S300包括：

当永磁同步电机处于超低速运行时，执行步骤S310

步骤S310在永磁同步电机的定子空间内的第一预设点和第二预设点获取电流幅值；

步骤S311根据在所述第一预设点和所述第二预设点获取的所述电流幅值的永磁同步电机转子的位置信息。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S300包括：

当永磁同步电机处于低速运行时，执行步骤S320；

步骤S320获取永磁同步电机定子的响应电流；

步骤S321根据第一预设算法将所述响应电流进行变换滤波；

步骤S322根据滤波后的所述响应电流获取永磁同步电机转子的位置信息。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述步骤S500包括：

步骤S510采集所述当前状态下永磁同步电机的瞬时线电压和相电流；

步骤S520根据步骤S510获取相电压和相电流通过第二预设算法获取永磁同步电机的位置信息；

步骤S530根据所述第二预设算法获取的永磁同步电机的位置信息获取当前状态下的转速。

5.根据权利要求3所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，永磁同步电机定子的响应电流模型包括：

$i_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}i}=I_{ip}{e}^{j({\mathrm{\ω}}_{h}t-\frac{\mathrm{\π}}{2})}+I_{in}{e}^{j(2{\mathrm{\θ}}_r-{\mathrm{\ω}}_{h}t+\frac{\mathrm{\π}}{2})},$

i_αβi--定子电流，θ_r--转子位置角，ω_h--转子角速度。

6.根据权利要求3所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，永磁同步电机转子的位置模型包括：

${\mathrm{\θ}}_r=\frac{1}{2}(\arctan \frac{i_{q^{\′}i}}{i_{d^{\′}i}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}),$

i_d′i--直轴电流，i_q′i--交轴电流。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，永磁同步电机转子的转速模型包括：

$n=\frac{{\mathrm{\θ}}_R(k+1)-{\mathrm{\θ}}_R\left(k\right)}{360*p*T}*60;$

其中θ_R(k+1)--k+1时刻的位置角，θ_R(k)--k时刻的位置角，根据步骤S311判断的N值，N＝0时，θ_R＝θ_r；N＝1时，θ_R＝180°+θ_r，P--电机极对数，T--采样周期。

8.根据权利要求4所述的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，采集所述当前状态下永磁同步电机的瞬时相电压和相电流建立的模型包括：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{k+1}=F_K\left(x_k\right)x_k+G_k{u}_k+{\mathrm{\ω}}_k\\ z_{k+1}={\mathrm{Hx}}_{k+1}+v_{k+1}\end{array}\right.,$

式中，

x_k＝[i_a(k) i_b(k) i_c(k) ω_e(k) θ(k)]^T，

z_k+1＝[i_a(k+1) i_b(k+1) i_c(k+1)]^T，

u_k＝[u_ab(k)-u_ac(k) u_bc(k)-u_ab(k) u_ca(k)-u_bc(k) T_L]^T，

$F_k\left(x_k\right)=\left[\begin{array}{ccccc}1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L-M}& 0& 0& \frac{T_s{K}_e\[B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})-2B_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)\]}{3(L-M)}& 0\\ 0& 1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L-M}& 0& \frac{T_s{K}_e\[B_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)+B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})-2B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\]}{3(L-M)}& 0\\ 0& 0& 1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L-M}& \frac{T_s{K}_e\[B_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)+B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})-2B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})\]}{3(L-M)}& 0\\ \frac{P^2{K}_e{T}_s{B}_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)}{J}& \frac{P^2{K}_e{T}_s{B}_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})}{J}& \frac{P^2{K}_e{T}_s{B}_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})}{J}& 1-\frac{{\mathrm{BT}}_s}{J}& 0\\ 0& 0& 0& T_S& 1\end{array}\right]$

$G_k=\left[\begin{array}{cccc}\frac{T_s}{3(L-M)}& 0& 0& 0\\ 0& \frac{T_s}{3(L-M)}& 0& 0\\ 0& 0& \frac{T_s}{3(L-M)}& 0\\ 0& 0& 0& -\frac{{\mathrm{pT}}_s}{J}\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

$H=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0\end{array}\right],$

T_s--采样时间，R--相电阻，K_e--反电动势系数，B--粘滞摩擦系数，L--电磁自感，M--电磁互感，J--转子转动惯量，T_L--负载转矩。

9.一种永磁同步电机的控制系统，其特征在于，包括：

电机状态获取模块，获取永磁同步电机当前的运行状态；

电压信号输入模块，与所述电机状态获取模块电连接，根据所述电机状态获取模块获取到永磁同步电机当处于超低速运行，和/或，低速运行时，在当前工作状态下向永磁同步电机输入高频电压信号；

位置信息获取模块，与所述电压信号输入模块电连接，根据所述电压信号输入模块输入的所述高频电压信号获取永磁同步电机的转子位置信息；

第一转速获取模块，与所述位置信息获取模块电连接，根据所述位置信息获取模块获取的转子位置信息获取永磁同步电机在当前状态下的转速；

运行控制模块，分别与所述第一转速获取模块、所述电压信号输入模块电连接，根据所述第一转速获取模块获取到永磁同步电机的转速达到高速范围时，根据预设高转速分析方法控制永磁同步电机运行，当根据所述预设高转速分析方法判断当转速进入低速运行范围时，控制所述电压信号输入模块向永磁同步电机输入的高频电压信号。

10.根据权利要求9所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述位置信息获取模块包括：

电流幅值获取子模块，当根据所述电机状态获取模块获取永磁同步电机处于超低速运行时，在永磁同步电机的定子空间内的第一预设点和第二预设点获取电流幅值；

第一位置信息获取子模块，与所述电流幅值获取子模块电连接，根据所述电流幅值获取子模块获取的所述第一预设点和所述第二预设点的所述电流幅值获取永磁同步电机转子的位置信息。

11.根据权利要求9所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述位置信息获取模块包括：

响应电流获取子模块，当根据所述电机状态获取模块获取永磁同步电机处于低速运行时，获取永磁同步电机定子的响应电流；

电流滤波子模块，根据预设规则算法将所述响应电流获取子模块获取的永磁同步电机定子的响应电流进行变换滤波；

第二位置信息获取子模块，根据所述电流滤波子模块滤波后的响应电流获取永磁同步电机转子的位置信息。

12.根据权利要求9所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，所述运行控制模块包括：

电源信息获取子模块，根据所述转速获取模块获取到永磁同步电机的转速达到高速范围时，利用电流传感器以及电压传感器采集当前状态下永磁同步电机的瞬时相电压和相电流；

第三位置信息获取子模块，根据所述电源信息获取子模块获取的相电压和相电流通过第二预设算法获取永磁同步电机的位置信息；

第二转速获取子模块，根据所述第三位置信息获取子模块获取的永磁同步电机的位置信息获取当前状态下的转速。

13.根据权利要求11所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，永磁同步电机定子的响应电流模型包括：

$i_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}i}=I_{ip}{e}^{j({\mathrm{\ω}}_{h}t-\frac{\mathrm{\π}}{2})}+I_{in}{e}^{j(2{\mathrm{\θ}}_r-{\mathrm{\ω}}_{h}t+\frac{\mathrm{\π}}{2})},$

i_αβi--定子电流，θ_r--转子位置角，ω_h--转子角速度。

14.根据权利要求11所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，永磁同步电机转子的位置模型包括：

${\mathrm{\θ}}_r=\frac{1}{2}(\arctan \frac{i_{q^{\′}i}}{i_{d^{\′}i}}-\frac{\mathrm{\π}}{2}),$

i_d′i--直轴电流，i_q′i--交轴电流。

15.根据权利要求11所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，永磁同步电机转子的转速模型包括：

$n=\frac{{\mathrm{\θ}}_R(k+1)-{\mathrm{\θ}}_R\left(k\right)}{360*p*T}*60;$

其中θ_R(k+1)--k+1时刻的位置角，θ_R(k)--k时刻的位置角，根据步骤S311判断的N值，N＝0时，θ_R＝θ_r；N＝1时，θ_R＝180°+θ_r，P--电机极对数，T--采样周期。

16.根据权利要求12所述的永磁同步电机的控制系统，其特征在于，根据所述第二预设算法获取永磁同步电机的位置信息的模型包括：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{\κ}+1}=F_{\mathrm{\κ}}\left(x_k\right)x_k+G_k{u}_k+{\mathrm{\ω}}_k\\ z_{\mathrm{\κ}+1}={\mathrm{Hx}}_{k+1}+v_{k+1}\end{array}\right.,$

式中，

x_k＝[i_a(k) i_b(k) i_c(k) ω_e(k) θ(k)]^T，

z_k+1＝[i_a(k+1) i_b(k+1) i_c(k+1)]^T，

u_k＝[u_ab(k)-u_ca(k) u_bc(k)-u_ab(k) u_ca(k)-u_bc(k)T_L]^T，

$F_k\left(x_k\right)=\left[\begin{array}{ccccc}1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L-M}& 0& 0& \frac{T_s{K}_e\[B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})+B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})-2B_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)\]}{3(L-M)}& 0\\ 0& 1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L-M}& 0& \frac{T_s{K}_e\[B_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)+B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})-2B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})\]}{3(L-M)}& 0\\ 0& 0& 1-\frac{{\mathrm{RT}}_S}{L-M}& \frac{T_s{K}_e\[B_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)+B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})-2B_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})\]}{3(L-M)}& 0\\ \frac{P^2{K}_e{T}_s{B}_g\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}\right)}{J}& \frac{P^2{K}_e{T}_s{B}_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{2\mathrm{\π}}{3})}{J}& \frac{P^2{K}_e{T}_s{B}_g({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\κ}}-\frac{4\mathrm{\π}}{3})}{J}& 1-\frac{{\mathrm{BT}}_s}{J}& 0\\ 0& 0& 0& T_S& 1\end{array}\right]$

$G_k=\left[\begin{array}{cccc}\frac{T_s}{3(L-M)}& 0& 0& 0\\ 0& \frac{T_s}{3(L-M)}& 0& 0\\ 0& 0& \frac{T_s}{3(L-M)}& 0\\ 0& 0& 0& -\frac{{\mathrm{pT}}_s}{J}\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

$H=\left[\begin{array}{ccccc}1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0\end{array}\right],$

T_s--采样时间，R--相电阻，K_e--反电动势系数，B--粘滞摩擦系数，L--电磁自感，M--电磁互感，J--转子转动惯量，T_L--负载转矩。