[发明专利]基于扩展卡尔曼滤波方法的磁齿轮电机失步预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扩展卡尔曼滤波方法的磁齿轮电机失步预测控制方法，包括以下步骤：步骤1：在磁齿轮电机的高速转子上安装编码器，利用该编码器检测磁齿轮电机高速转子位置信号θ_h和磁齿轮电机高速转子速度信号W_h，计算出d轴反馈电流i_d和q轴反馈电流i_q；步骤2；利用q轴反馈电流i_q通过公式计算得到磁齿轮电机低速转子的转矩；步骤3、由扭矩传感仪得到电机的负载转矩T_L；步骤4，由步骤1、步骤2、步骤3估算出电机低速转子的位置w_o作为输出。本发明优点：通过基于扩展卡尔曼滤波方法得到双磁场调制双转子磁齿轮电机低速转子位置，估算内外转子相位差角，减少了一个编码器，降低了系统成本，增加了可靠性。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及基于扩展卡尔曼滤波方法的磁齿轮电机失步预测控制方法。

背景技术

电机作为一种机电能量转换装置，遍布国民经济各领域和日常生活中，消耗大量的能量。现代工业许多场合需要电动机低速运行并具有足够大的转矩，目前大多采用普通转速(几百转到几千转/分钟)的电动机加机械变速机构的方式来实现。机械齿轮变速箱、联轴器是机械设备传动链中的重要的通用部件，其性能和质量直接关系到机械设备的能效、安全和环保。其中机械齿轮变速箱广泛应用于匹配负载和原动机的工作速度，在机械传动领域占有十分重要的地位。应用这些机械部件，系统虽然可以得到比较高的功率密度，但是噪音、振动、可靠性、润滑和冷却都是需要考虑的重要问题。为了实现低速大转矩驱动，永磁同步电机一般体积比较大，而且转矩密度不能满足日益增长的需求；永磁盘式电机的应用场合受到限制；永磁横向磁链电机的功率因素较低，结构复杂。这些缺点使得低速大转矩直接驱动电机目前并不能完全取代机械减速箱与电机联合驱动系统。

与传统机械传动部件相比，磁力传动有很多优点：非接触式传动、无摩擦损耗、低振动、低噪音、不需要润滑、免维护、高可靠性等等。随着高性能永磁材料的不断发展，永磁齿轮所传递的能量不断增加，因而，在一些场合采用永磁齿轮电机来替代传统的机械减速箱结合电机驱动，可以解决有机械齿轮减速箱带来的种种问题。双磁场调制双转子磁齿轮电机具有效率高、功率密度高等优点，其转矩密度超过100N.m/L。这种电机极大的减小了设备的体积和重量，能很好的满足节能和调速性能的要求，有着优越的运行性能。因而，在风电、电梯、电动车、舰船等新能源、先进制造业、国防等领域拥有广泛的应用前景。

目前针对双磁场调制双转子磁齿轮电机的研究还在起步阶段，在该电机的研究主要是针对电机的静态特性进行研究，在变频驱动下电机的运行特性及其在过负载的情况下，关于电机控制方法还没有开展研究。因此，对基于扩展卡尔曼滤波方法的双磁场调制双转子磁齿轮电机失步预测控制方法的研究具有重要现实意义。

为此进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的方案便是这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足和缺陷而提供一种基于扩展卡尔曼滤波方法的磁齿轮电机失步预测控制方法从而有效的预测并开展电机转子失步现象。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于扩展卡尔曼滤波方法的磁齿轮电机失步预测控制方法，包括以下步骤：