[发明专利]基于永磁同步电机全速域的双观测器切换运行方法及系统

权利要求书

1.一种基于永磁同步电机全速域的双观测器切换运行方法，其特征在于，包括电机、高速观测器和低速观测器；所述方法包括以下步骤：

步骤S1：选择电机的工作速度区域，包括低转速区、滞回区间和高转速区，其中，电机转速w≤w1的转速范围为低转速区，电机转速w≥w2的转速范围为高转速区，w1＜w＜w2的转速范围为滞回区间；w1、w2为系统预先设定的转速值；

步骤S2：判断电机的工作速度区域，采用对应的观测器输出信息，其判断方式如下：

若当前电机的工作速度区域为低转速区，则以低速观测器的输出信息作为系统采用的转子位置角度和速度值；当电机的转速从当前的低转速区上升至转速为w2时，系统切换成采用高速观测器输出的转子速度和位置角度信息；

若当前电机的工作速度区域为高转速区，则以高速观测器的输出信息作为系统采用的转子位置角度和速度值；当电机的转速从当前的高转速区下降至转速为w1时，系统切换成采用低速观测器输出的转子速度和位置角度信息；

若当前电机的工作速度区域为滞回区间，则进行调试设定，以使高速观测器和低速观测器分别在高转速区、低转速区内稳定工作；

步骤S3：获取电流环PI调节器输出的电压信号和电流信号，并对该电压信号、电流信号进行线性变换后反馈；其中，电压信号包括直轴电压Ud和交轴电压Uq；其线性变换方式如下：

S3-1：将电机的转子速度和位置角度信息变换成dq坐标系，分别形成与低转速区对应的dq1坐标系，以及与高转速区对应的dq2坐标系；其中，在dq1坐标系中，d1向量与坐标系横轴α的夹角为θ1，d2向量与坐标系横轴α的夹角为θ2；

S3-2：求出dq1坐标系和dq2坐标系之间的角度差Δθ＝θ1-θ2，并分别计算出dq1坐标系下的输出电压和电流信号在dq2坐标系下的投影，其计算公式如下：

其中，Δθ表示突变程度的大小；

S3-3：切换观测器，同时电流环PI调节器输出由步骤S3-2计算得到的电压信号U_d2、U_q2，以及电流信号I_{d2_ref}、I_{q2_ref}至系统。

2.根据权利要求1所述的双观测器切换运行方法，其特征在于，在所述步骤S3-2中，依次通过Clark变换、Park变换获得电机的转子速度和位置角度信息的dq坐标系。

3.一种应用如权利要求1所述方法的基于永磁同步电机全速域的双观测器切换运行控制系统，其特征在于，包括转速调节器、电流环PI调节器、数学变换模块、SVPWM模块、逆变器、低速观测器、高速观测器、电机和坐标系切换逻辑模块；

所述转速调节器配置为接收设定的转速信号和坐标系切换逻辑模块的反馈转速信号，经转速调节器调节后，输出q轴电流给定信号Iqref至电流环PI调节器；

所述电流环PI调节器配置为分别接收设定的d轴电流给定信号Idref、来自转速调节器输出的q轴电流给定信号Iqref，以及来自数学变换模块的反馈电流信号，并计算输出电压信号至SVPWM模块；

所述SVPWM模块配置为接收来自电流环PI调节器输出的电压信号，以及接收来自坐标系切换逻辑模块的反馈转子位置角度信号，并输出信号至逆变器；

所述逆变器与电机连接，通过SVPWM模块输出的脉宽调制信号控制逆变器的开关与通断，进而控制电机；

所述低速观测器、高速观测器均与电机连接；其中，低速观测器、高速观测器均配置为获取电机的电机电流信号，并分别输出转子速度、转子位置角度信号至坐标系切换逻辑模块；

所述坐标系切换逻辑模块配置为接收低速观测器、高速观测器的信号，并根据接收的信号选择dq1坐标系或dq2坐标系，且反馈相应的转子速度信号至转速调节器，反馈相应的转子位置角度信号至数学变换模块、SVPWM模块；

所述数学变换模块配置为接收反馈转子位置角度信号和电机电流信号，并输出信号至电流环PI调节器。

4.根据权利要求3所述的双观测器切换运行控制系统，其特征在于，所述数学变换模块输出的电流信号为电流信号Id和电流信号Iq。