[发明专利]一种永磁同步电机相电流无时滞观测方法及装置

权利要求书

1.一种永磁同步电机相电流无时滞观测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)建立永磁同步电机数学模型，得到d-q电压指令输出方程；

(2)将永磁同步电机三相反馈电流进行空间矢量坐标变换，得到d-q轴反馈电流；

(3)建立永磁同步电机相电流观测模型。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机相电流无时滞观测方法，其特征在于：所述的步骤(1)通过以下方法实现：

永磁同步电机数学模型如式(1)所示：

式中：U_d，U_q为d轴和q轴定子电压指令；L_d，L_q为d轴和q轴等效电感；R_s为定子电阻；ω_e为电角速度；为转子磁链；i_d，i_q为d轴和q轴定子反馈电流。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机相电流无时滞观测方法，其特征在于：所述的步骤(2)通过以下方法实现：

从永磁同步电机三相采集三相相电流模拟量，通过模数转换，得到三相反馈相电流数字量i_u、i_v、i_w，经过空间矢量坐标变化得到d-q轴反馈电流i_d、i_q如式(2)所示：

式中：θ_e为永磁同步电机转子电角度。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机相电流无时滞观测方法，其特征在于：所述的步骤(3)通过以下方法实现：

由步骤(1)获得的d-q轴电压控制矢量方程可以写成如下式(3)的形式：

式中，

在电流采样计算过程中存在延时，导致实际电流反馈值偏差，在电流环闭环计算过程中，参与反馈计算的电流值偏差直接导致d-q轴电压指令值计算偏差，进而导致空间电压矢量幅值及相位偏差，假设理想的控制电压指令其中为系统内使用的实际电压控制值，为电压补偿量，设电压矢量可得式(4)：

依据永磁同步电机数学模型公式(1)，可得电流状态观测器微分方程如式(5)所示：

式中:L_dq为d-q轴电感；为解耦后电压控制方程；为电压补偿方程；i_dq为d-q轴电流；

由此，构建电流状态观测器观测方程如式(6)所示：

式中：l₁为电流环状态观测误差调节系数。

在一个控制周期内，解耦后的电压补偿量可以认为固定不变，k代表当前控制周期，k+1代表下个控制周期，由此可得父层电流离散化状态方程如式(7)所示：

式中：l_c1、l_c2为父代电流环状态误差调节系数，T_s为控制系统控制计算周期。

从电流采样计算时序分析得知，反馈电流值从采样到完成电压指令计算实现脉宽调制波输出滞后了两个控制周期，为进一步对电流滞后进行补偿观测，将电流观测值的输出再次输入电流状态观测器对电流反馈滞后进行补偿，子层电流状态观测器状态方程可以写为如式(8)所示：

式中：l_c3，l_c4为子代电流状态观测器误差调节系数；为T_s(k+2)周期d-q轴电流观测值；为T_s(k+2)周期解耦后d-q轴控制电压补偿值；为T_s(k+2)周期解耦后d-q轴控制电压值；L_dq为d-q轴电感值。

5.一种基于权利要求1所述的永磁同步电机相电流无时滞观测方法的装置，其特征在于，包括：

永磁同步电机单元，永磁同步电机单元的定子接收到功率调制单元输出的脉宽调制波形，驱动转子旋转；

编码器单元，用于对永磁同步电机单元转子的转角当前位置进行测量，输出永磁同步电机单元转子机械转角θ_m；

电角度转换单元，用于将由编码器单元得到的机械转角θ_m转换为用于永磁同步电机空间矢量坐标变换计算用的电角度θ_e；

电流传感器单元，用于将由永磁同步电机单元输出的三相电流转换为模拟信号；

模数转换单元，用于将电流传感器单元输出的模拟信号转换为数字信号i_u、i_v、i_w，便于后面计算处理；

三相电流空间矢量变换单元，用于将由模数转换单元得到的电流数字信号i_u、i_v、i_w以及电角度转换单元得到的电角度θ_e进行三相电流空间矢量坐标变化，得到d-q轴反馈电流i_d、i_q；

速度计算单元，用于计算永磁同步电机单元转子反馈速度ω_m，并将转子反馈速度ω_m转换为电角度ω_e；

电流状态观测器，用于对控制系统电流值进行观测，并输出电流观测值；

电流环解算单元，依据d-q轴电流指令i_dref、i_qref计算电流环反馈环节d-q轴电压指令U_d、U_q，将电流状态观测器输出的观测电流作为电流环的反馈电流，依据U_d、U_q进行空间矢量坐标变换，得到三相相电压输出指令U_u、U_v、U_w；

功率调制单元，用于将三相相电压输出信号U_u,v,w进行功率放大，输出幅值为母线电压V_dc的脉宽调制波形，驱动永磁同步电机单元旋转。