技术特征：
1.一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：以定子电流为状态变量构建永磁同步电机在两相静止坐标系下的α轴、β轴电流状态方程，定义电流误差并根据所述α轴、β轴电流状态方程计算得到电流误差状态方程；以所述电流误差为状态变量构建α轴、β轴各自对应的超螺旋滑模观测器，获取所述超螺旋滑模观测器输出的α轴、β轴反电势观测值，并计算得到电角速度观测值和转子角度观测值；根据所述电角速度观测值建立同步速旋转坐标系，并建立永磁同步电机在所述同步速旋转坐标系下的γ轴、δ轴电流状态方程，根据所述γ轴、δ轴电流状态方程构造γ轴、δ轴高阶扩张状态观测器；获取所述高阶扩张状态观测器输出的γ轴、δ轴反电势观测值，并根据所述γ轴、δ轴反电势观测值的关系计算得到角度补偿值，将所述角度补偿值补偿至所述转子角度观测值后反馈至永磁同步电机进行矢量控制。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述以定子电流为状态变量构建永磁同步电机在两相静止坐标系下的α轴、β轴电流状态方程，包括：构建所述α轴、β轴电压方程为：其中i
α
、i
β
和u
α
、u
β
分别为两相静止坐标系下的α轴、β轴电流分量和电压分量，r
s
、l
s
、e
α
、e
β
分别表示定子电阻、定子电感、α轴反电势、β轴反电势；对所述α轴、β轴电压方程进行转换，得到α轴、β轴电流状态方程：3.根据权利要求2所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述定义电流误差并根据所述α轴、β轴电流状态方程计算得到电流误差状态方程，包括：构建定子电流状态观测器：其中为α轴、β轴观测电流，v
α
、v
β
为电流状态观测器的α轴、β轴输入电压；定义电流误差为：其中为α轴、β轴电流误差；
计算得到电流误差状态方程：4.根据权利要求3所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述以所述电流误差为状态变量构建α轴、β轴各自对应的超螺旋滑模观测器，包括：定义电流误差为滑模面，设计所述α轴、所述β轴各自对应的超螺旋滑模观测器的控制率分别为：率分别为：其中，k1，q1，k2，q2为滑模参数，且均为大于零的实数；sign为饱和函数。5.根据权利要求1所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述获取所述超螺旋滑模观测器输出的α轴、β轴反电势观测值，包括：通过复系数滤波器：对所述超螺旋滑模观测器的观测值进行滤波，采集基于所述复系数滤波器的所述超螺旋滑模观测器输出的所述α轴、β轴反电势观测值；其中，为反电势观测值；υ
α
、υ
β
为电流状态观测器的输入；g
ccf
(s)为所述复系数滤波器的传函；s表示拉普拉斯算子，j表示复数单位；为所述复系数滤波器的中心频率，同时为所述电角速度观测值；ω
c
为所述复系数滤波器的截止频率。6.根据权利要求5所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述计算得到电角速度观测值和转子角度观测值，包括：将所述超螺旋滑模观测器输出的α轴、β轴反电势观测值输入正交锁相环，计算得到角度误差：对所述角度误差进行标幺化：通过开环传递函数控制所述角度误差收敛至零，获得所述电角速度观测值和所述转子角度观测值：其中，表示所述转子角度观测值，k
p
、k
i
分别表示锁相环的比例参数和积分参数。7.根据权利要求1所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述根据所述γ轴、δ轴电流状态方程构造γ轴、δ轴高阶扩张状态观测器，包括：
构建所述γ轴、δ轴电流状态方程为：其中i
γ
、i
δ
和u
γ
、u
δ
分别为γ轴、δ轴电流分量和电压分量，为γ轴、δ轴反电势观测值，r
s
、l
s
分别表示定子电阻、定子电感；设x1＝i
γ
、则γ轴电流状态方程可变换为：令则所述γ轴电流状态方程可重写为：构造所述高阶扩张观测器为：其中z1、z
2γ
、z3分别为x1、x2、x3的观测值，β1、β2、β3为高阶扩张状态观测器的参数，e1为x1的观测误差。8.根据权利要求7所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述获取所述高阶扩张状态观测器输出的γ轴、δ轴反电势观测值，包括：令x2、x3的观测误差则根据所述高阶扩张状态观测器计算得到：进行拉氏变换有：得到γ轴反电势观测值与实际值之间的关系为：以此计算得到：同理有9.根据权利要求8所述的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，所述根据所述γ轴、δ轴反电势观测值的关系计算得到角度补偿值，将所述角度补偿值补偿至所述转子角度观测值后反馈至永磁同步电机进行矢量控制，包括：
所述角度补偿值为：将所述角度补偿值补偿到所述转子角度观测值得到高精度位置观测值：10.一种永磁同步电机无位置传感器控制装置，其特征在于，包括：电流误差状态获取模块，用于以定子电流为状态变量构建永磁同步电机在两相静止坐标系下的α轴、β轴电流状态方程，定义电流误差并根据所述α轴、β轴电流状态方程计算得到电流误差状态方程；观测值计算模块，用于以所述电流误差为状态变量构建α轴、β轴各自对应的超螺旋滑模观测器，获取所述超螺旋滑模观测器输出的α轴、β轴反电势观测值，并计算得到电角速度观测值和转子角度观测值；高阶扩张观测器构造模块，用于根据所述电角速度观测值建立同步速旋转坐标系，并建立永磁同步电机在所述同步速旋转坐标系下的γ轴、δ轴电流状态方程，根据所述γ轴、δ轴电流状态方程构造γ轴、δ轴高阶扩张状态观测器；角度补偿模块，用于获取所述高阶扩张状态观测器输出的γ轴、δ轴反电势观测值，并根据所述转子角度观测值与所述γ轴、δ轴反电势观测值的关系计算得到角度补偿值，将所述角度补偿值补偿至所述转子角度观测值后反馈至永磁同步电机进行矢量控制。
技术总结
本申请公开了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括：构建永磁同步电机在两相静止坐标系下的α轴、β轴电流状态方程，定义电流误差并计算得到电流误差状态方程；构建α轴、β轴各自对应的超螺旋滑模观测器，获取输出的α轴、β轴反电势观测值，并计算得到电角速度观测值和转子角度观测值；建立同步速旋转坐标系下的γ轴、δ轴电流状态方程，构造γ轴、δ轴高阶扩张状态观测器；获取高阶扩张状态观测器输出的γ轴、δ轴反电势观测值，并计算得到角度补偿值后补偿至转子角度观测值进行矢量控制。其可以解决传统永磁同步电机无位置传感器控制过程由于参数扰动、负载变化等因素导致转子位置估计精度低的问题。致转子位置估计精度低的问题。致转子位置估计精度低的问题。
技术研发人员：杨凯 郑逸飞 徐智杰 杨帆 张雅晖 李孺涵 李黎
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.05.25
技术公布日：2022/10/3