[发明专利]永磁同步电机的混合位置观测器及无位置传感器伺服系统

权利要求书

1.一种永磁同步电机的混合位置观测器，其特征是，所述混合位置观测器包括高频解调模块、转子位置跟踪观测器、定子磁链观测器和加权模块；

所述高频解调模块，用于将实际电流i_d和i_q信号进行处理及解调，得到基波反馈电流i_df、i_qf以及用于转子位置估计的电流偏差将基波反馈电流i_df、i_qf分别输入到定子磁链观测器，将电流偏差输入到转子位置跟踪观测器；

所述定子磁链观测器，用于根据接收到的基波反馈电流i_df、i_qf，计算得到定子磁链观测器的角速度加权律输入至转子位置跟踪观测器和加权模块；

所述转子位置跟踪观测器，用于根据接收到的电流偏差计算得到转子位置跟踪观测器的角速度加权律输入至加权模块；

所述加权模块，用于对角速度加权律进行加权处理，得到转子转速的反馈值对转子转速的反馈值进行积分得到转子位置角

所述转子位置跟踪观测器的闭环传递函数为：

其中，为转子位置角的估计偏差；θ_r(s)为转子位置角的偏差；m为定子电感在一个电周期内的交变次数；K为系数；ω_nd为闭环截止频率；b₀、b₁、b₂为转子位置跟踪观测器的系数，如下所示：

其中，ω_nd为闭环截止频率。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的混合位置观测器，其特征是，所述定子磁链观测器的设计方法为：

PMSM的基波数学模型为：

其中，为相电压，为相电流；ω_r为转子电角速度；D为微分算子，D＝d/dt；R_s为定子相电阻；L_dq为定子电感阵；为定子磁链；为转子永磁体的磁链矢量；

根据PMSM的基波数学模型，得到在估计同步坐标系轴上的定子磁链观测器模型为：

其中，分别为转子估计坐标系上的定子电压和定子电流的测量值；λ_dq为观测器增益矩阵；定子磁链观测器的速度自适应律为：

式中，

转子角度的估计值为：

式中，为定子磁链观测器初始转子位置角。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的混合位置观测器，其特征是，所述高频解调模块得到基波反馈电流和电流偏差的方法为：

假定在连续两个PWM周期内，定子电阻压降不变以及由逆变器非线性等因素所造成的电压差保持不变，则在(k-2)与(k-1)时刻的电流偏差为：

在(k-1)与(k)时刻的电流偏差为

将(k-2)与(k-1)时刻的电流偏差减去(k-1)与(k)时刻的电流偏差，得到电流偏差的差值，为

式中，m＝2为定子电感在一个电周期内的交变次数，u_inj为所注入的高频方波电压；L₀为转子dq轴同步坐标系下的平均电感；L₁为转子dq轴同步坐标系下的差分电感；为转子位置角的估计偏差；T_update为控制周期；

K的表达式为

采用PWM载波谷点处的采样值，计算基波反馈电流为：

式中，为在轴坐标系下的电流矢量的差值；为k-1时刻在轴坐标系下的电流矢量。