[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

说明书

本发明提供了基于永磁同步电机全速域的双观测器切换运行方法，包括电机、高速观测器和低速观测器；所述方法包括步骤：S1：选择电机的工作速度区域；S2：判断电机的工作速度区域，采用对应的观测器输出信息；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；具体计算为求出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。该方法在运行过渡过程中的坐标系切换逻辑，使得切换的过程中保证系统稳定、无电流冲击；且能保证在不引起电流突变的情况下实现观测器的瞬间切换。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，特别是涉及一种基于永磁同步电机全速域无感控制的双观测器切换运行方法。

背景技术

在永磁同步电机无传感器全速域控制的过程中，对低速段和中高速段分别使用不同的观测器来实现对电机转子位置角度和速度的观测。低速段一般使用开环拖动方案或者基于电机高频模型估计的方案等；而中高速段一般使用基于电机基波模型估计的方案，如，反电动势估计和磁链估计法等。但是在低速和中高速的过渡过程中存在两个观测器分别观测到的转子位置角度、速度信息不一致的问题。故需要将两个观测器输出的信息融合，但信息融合处理不好的情况下会导致电机相电流突变，不利于电机系统的稳定运行。

目前技术观测器信息融合的方法主要是，以速度为自变量的加权函数法。如图1所示，w1～w2的速度区间范围是过渡区间，其中w1是切换的速度下限，w2是切换的速度上限。当速度小于w1时，h(w)＝1，此时低速观测器输出的权重为1；同理当速度大于w2时，h(w)＝0,高速观测器输出信息的权重为1-h(w)＝1；在w1～w2区间内根据当前速度计算出各自的权重，观测器输出信息乘以各自的权重，再相加就得到融合后的信息。此方案虽然简单容易实施，但是当系统运行在w1～w2转速段，系统最终使用的角度和速度信息y(x)是来自于两个观测器y1(x)和y2(x)各自输出的权重再求和，即y(x)＝h(w)*y1(x)+(1-h(w))*y2(x)。系统最终使用的角度和速度信息y(x)与两个观测器输出的y1(x)，y2(x)都存在一定误差。当电机急加速过程中，以很短的时间穿过w1～w2转速段，就会导致系统角度突变，会引起电压和电流的突变，进而影响系统的稳定可靠运行。简而言之，现有技术的缺点为：当系统长时间运行在w1～w2转速段，会引起观测器输出震荡甚至观测器不稳定，进而导致电机异常抖动，甚至失控。

在永磁同步电机无传感器控制领域，目前大多采用两种控制方案：(1)三段式启动法，先预定位，再以固定的I/F曲线对电机开环拖动(拖动的过程是位置开环的，没有转子位置角度和速度反馈，所以会有启动时间长、抗扰动性能差的特点)。等到将转子拖动到中高速阶段，此时可以依赖基于反电动势观测或者磁链观测的观测器准确估算转子的位置。然后再实施从开环拖动的坐标系切换到估计的转子坐标系，此时电机启动完成；(2)低速采用高频信号注入方法，通过注入高频的电压或者电流，根据电机的高频数学模型构造观测器对转子的速度和位置进行实时估计。当电机运行至中高速阶段，同样需要实施将电机从低速观测坐标系切换到高速观测坐标系这一操作。高速采用同第一种相同方案(反电势和磁链估计的方法)。前述的两种方案，除了中高速阶段可以使用相同的观测方案以外，都需要在低速和中高速过渡的过程中实施两个坐标系的切换操作。

因此，针对现有技术中存在的问题，亟需提供一种能保证在不引起电流突变的情况下实现观测器的瞬间切换，在任意时刻系统都以其中一个观测器输出的信息为准的基于永磁同步电机全速域无感控制的双观测器切换运行方法显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提供了一种基于永磁同步电机全速域的双观测器切换运行方法，该方法在运行过渡过程中的坐标系切换逻辑，使得切换的过程中保证系统稳定、无电流冲击；且能保证在不引起电流突变的情况下实现观测器的瞬间切换，任意时刻，系统都以其中一个观测器输出的信息为准，即y(x)＝y1(x)或者y(x)＝y2(x)。