专利名称：永磁同步电机转子位置观测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁同步电机转子位置观测器，属于电机控制领域。
背景技术：
近年来，永磁同步电机调速系统逐渐成为交流调速传动领域的研究热点。究其原因，与传统的异步电机相比，永磁同步电机的优点在于:结构简单、体积小、重量轻、运行可靠、功率密度高、调速性能好等，永磁同步电机已成为变频调速电气传动系统的理想选择，其应用领域十分广泛。按照永磁同步电机转子永磁体结构的不同，可以分为表贴式和内置式两种。目前，在高性能永磁同步电机调速系统应用中，通常需要在电机轴端部安装光电编码器、旋转变压器或者霍尔传感器等机械位置检测元件来获取转子磁极位置信息，然而位置传感器的安装带来系统成本增加、体积增大、可靠性降低诸多问题，并且限制了永磁同步电机的应用场合。因此，研究低成本、强鲁棒性无位置传感器永磁同步电机控制方法，成了交流电机控制技术领域中的研究热点。按照永磁同步电机无位置传感器技术的适用范围，通常将其分成两类:一类是适用于中高速的无位置传感器技术，另一类是适用于低速(零速)的无位置传感器技术，分别是根据电机基频数学模型和凸极结构特性来实现的。适用于中高速的永磁同步电机无位置传感器技术通过基频激励的反电动势或者磁链模型来观测转子位置/速度信息，而不需要利用电机的凸极，这使得适用于中高速的无位置传感器技术应用更广泛，而且相对简单。目前，采用模型法的无传感器控制技术主要包括开环磁链法、扰动观测器法、滑模观测器法、有效磁链观测器法、扩展卡尔曼滤波器法、模型参考自适应法和基于人工智能理论方法等。然而，采用模型法观测转子位置需要电机参数信息，参数的不确定性将会导致直流偏移转子位置观测误差。通过在线参数辨识能够一定程度上减小直流偏移转子位置误差，然而精确的参数辨识难以实现，同时增加了系统的复杂性。由于逆变器非线性和转子磁通空间谐波的影响，两相静止坐标下的反电动势会产生5次、7次谐波，进而导致转子位置观测误差中产生6次谐波脉动。传统的方法是采用平均电压方法进行逆变器非线性补偿，采用电感精确建模方法消除转子磁通空间谐波影响。然而，在实际应用过程中，逆变器非线性补偿和电感精确建模方法都不能有效减小6次谐波，消除其影响。直流偏移和6次谐波脉动转子位置观测误差的存在，恶化了无位置传感器永磁同步电机控制性能。因此，对于无位置传感器永磁同步电机控制系统，消除6次谐波脉动转子位置误差的影响至关重要。
发明内容
本发明目的是为了解决现有适用于中高速的无位置传感器永磁同步电机控制技术，即模型法，所获得的转子位置角观测值中含有6次谐波脉动观测误差问题，提供了一种永磁同步电机转子位置观测器。本发明所述永磁同步电机转子位置观测器，它包括滑模观测器、饱和函数处理模块、低通滤波器、标么化处理模块、神经网络滤波器和锁相环，永磁同步电机的两相静止坐标系下的定子电压Us经滑模观测器观测后输出定子
电流观测值/、..所述定子电流观测值《I与定子电流值is的差值作为定子电流观测误差is，
所述定子电流观测误差is经饱和函数处理模块处理后输出两相静止坐标系下的滑模控制矢量z，所述滑模控制矢量z经低通滤波器处理后输出两相静止坐标系下的反电动势矢量e，所述滑模控制矢量z还反馈给滑模观测器作为其输入，所述反电动势矢量e经标么化处
理模块处理后输出标么后反电动势矢量所述标么后反电动势矢量经神经网络滤波器处理后输出反电动势观测矢量I/，所述反电动势观测矢量 Λ/经锁相环处理后输出永磁
同步电机的转子位置观测值&和转速观测值，所述转子位置观测值&反馈给神经网络滤波器作为其输入，所述转速观测值还反馈给滑模观测器作为其输入；其中:两相静止坐标系下的定子电压
权利要求
1.永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，它包括滑模观测器(I)、饱和函数处理模块(2)、低通滤波器(3)、标么化处理模块(4)、神经网络滤波器(5)和锁相环(6)，永磁同步电机的两相静止坐标系下的定子电压Us经滑模观测器(I)观测后输出定子电流观测值i,所述定子电流观测值I与定子电流值is的差值作为定子电流观测误差is，所述定子电流观测误差is经饱和函数处理模块(2)处理后输出两相静止坐标系下的滑模控制矢量z，所述滑模控制矢量z经低通滤波器(3)处理后输出两相静止坐标系下的反电动势矢量e，所述滑模控制矢量z还反馈给滑模观测器(I)作为其输入，所述反电动势矢量e经标么化处理模块(4)处理后输出标么后反电动势矢量 所述标么后反电动势矢量4经神经网络滤波器(5)处理后输出反电动势观测矢量所述反电动势观测矢量经锁相环(6)处理后输出永磁同步电机的转子位置观测值‘和转速观测值，所述转子位置观测值^反馈给神经网络滤波器(5)作为其输入，所述转速观测值ω e还反馈给滑模观测器(I)作为其输入； 其中:两相静止坐标系下的定子电压
2.根据权利要求1所述永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，所述定子电流is根据公式
3.根据权利要求1所述永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，滑模控制矢量z按公式
4.根据权利要求1所述永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，神经网络滤波器(5)输出反电动势观测矢量获取α轴反电动势观测值eafa时神经网络滤波器(5)的输入值为a轴标么后反电动势ena和转子位置观测值<4，获取β轴反电动势观测值eafe时神经网络滤波器(5)的输入值为β轴标幺后反电动势ene和转子位置观测值#ge
5.根据权利要求4所述永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，获取α轴反电动势观测值eafa的过程为: 步骤a、取锁相环(6)输出的转子位置观测值氣正弦项乘以5倍增益smpgj、7倍增益—(域)、转子位置观测值4余弦项乘以5倍增益cos(54)、7倍增益cos(74)作为神经网络滤波器参考输入， 步骤b、神经网络滤波器(5)输出的上一周期α轴反电动势观测值eafa(n_l)分别乘以增益kn (η)、k12 (η)、k21 (η)和k22 (n)获取四个乘积， 步骤C、将步骤b中所得四个乘积分别与其上一周期滤波器系数W11 (n-1)、W12 (n-1)、w21 (η-l)和 W22 (η-l)相加,得到滤波器系数 W11 (n)、W12 (η)、W21 (η)和 W22 (η)， 步骤d、将步骤c中上一周期滤波器系数W11 (n-1)、w12 (n-1)、w21 (n-1)和W22 (n-1)分别与sin(5成,)、sm(70J、 cos(5^,)和cos<7<)相乘，并将相同频次所得乘积相加得到对应频次谐波观测值Ii1 (η)和h2(n)， 步骤e、a轴标幺后反电动势ena减去Ii1 (η)和h2 (η)，得到神经网络滤波器输出α轴反电动势观测值6&。
6.根据权利要求4所述永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，获取β轴反电动势观测值eafe的过程为: 步骤1、取锁相环(6)输出的转子位置观测值正弦项乘以5倍增益Sin(54)、7倍增益sini7是)、转子位置观测值4余弦项乘以5倍增益CoS(54>、7倍增益C0S_J作为神经网络滤波器参考输入， 步骤2、神经网络滤波器(5)输出的上一周期β轴反电动势观测值eafe(n-l)分别乘以增益kn (η)、k12 (η)、k21 (η)和k22 (n)获取四个乘积， 步骤3、将步骤2中所得四个乘积分别与其上一周期滤波器系数W11 (n-1)、W12 (n-1)、w21 (η-l)和 W22 (η-l)相加,得到滤波器系数 W11 (n)、W12 (η)、W21 (η)和 W22 (η)， 步骤4、将步骤3中上一周期滤波器系数W11 (n-1)、w12 (n-1)、w21 (n-1)和W22 (n-1)分别与sin(5<)、sin( 4)、cos(5&)和cos(7#J相乘,并将相同频次所得乘积相加得到对应频次谐波观测值Ii1 (η)和h2(n)， 步骤5、β轴标幺后反电动势ene减去Ii1 (η)和匕(η)，得到神经网络滤波器输出β轴反电动势观测值~0。
7.根据权利要求5或6所述永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，增益kn(n)、k12 (η)、k21 (n)和 k22 (η)按公式
全文摘要
永磁同步电机转子位置观测器，属于电机控制领域，本发明为解决现有模型法所获得的转子位置角观测值中含有6次谐波脉动观测误差问题。本发明包括滑模观测器、饱和函数处理模块、低通滤波器、标幺化处理模块、神经网络滤波器和锁相环，永磁同步电机的定子电压us经滑模观测器观测后输出定子电流观测值与定子电流值is的差值作为定子电流观测误差is，is经饱和函数处理模块处理后输出滑模控制矢量z，z经低通滤波器处理后输出反电动势矢量e，z反馈给滑模观测器作为其输入，e经标幺化处理模块处理后输出标幺后反电动势矢量经神经网络滤波器处理后输出反电动势观测矢量经锁相环处理后输出永磁同步电机的转子位置观测值和转速观测值ωe。
文档编号H02P21/13GK103199788SQ20131013805
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者王高林, 张国强, 李卓敏, 李铁链, 于泳, 杨荣峰, 徐殿国 申请人:哈尔滨工业大学