[发明专利]一种永磁同步电机转子转速与位置的滤波估计方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机转子转速与位置的滤波估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：以面装式永磁同步电机为被控对象，建立三相永磁同步电机在静止两相坐标系下的状态空间离散数学模型：

其中，为k时刻系统状态变量，和分别为k时刻的α轴控制电流、β轴控制电流、电机转子转速和电机转子位置；为k时刻系统输出变量，为k-1时刻的系统输入变量，和分别为k-1时刻的α轴控制电压和β轴控制电压；是k-1时刻的过程噪声，是量测噪声v在k时刻的噪声，w_k-1和v_k互不相关；为系统输入矩阵，为系统观测矩阵，为k-1时刻的系统状态转移矩阵；

其中，ψ_f为电机转子磁通，L_s为定子电感，R为电机定子电阻；

步骤2：在式(1)的基础上建立永磁同步电机转子转速与位置的自适应渐消扩展卡尔曼滤波器，估计出k时刻电机估计转速和电机估计转子位置

(1)初始化0时刻系统估计状态变量初始化0时刻误差协方差矩阵初始化0时刻系统输入变量和分别为0时刻的α轴控制电压和β轴控制电压，初始化0时刻量测噪声协方差矩阵R₀为对角阵，初始化0时刻多重渐消因子矩阵设置过程噪声w_k协方差矩阵为定值，设置滤波迭代次数N，令k＝1；

(2)对状态变量进行预测，根据k-1时刻的输入变量u_k-1和k-1时刻的估计状态变量来计算k时刻的预测状态变量

其中，和分别为k-1时刻的估计α轴控制电流、估计β轴控制电流、估计电机转子转速和估计电机转子位置；

和分别为k时刻的预测α轴控制电流、预测β轴控制电流、预测电机转子转速和预测电机转子位置；T_s为系统采样时间；为k-1时刻的估计状态变量对应的系统状态转移矩阵；

(3)计算k时刻的新息变量d_k：

其中，为k时刻的新息变量，k时刻的量测噪声v_k＝sqrt(R₀)·randn(2,k)，sqrt(R₀)为对矩阵R₀的每个元素进行开方计算，为正态分布矩阵计算，为k时刻的滤波器的预测观测值；

(4)计算k时刻的标量渐消因子λ_k：

其中，为k-1时刻的误差协方差矩阵，为k-1时刻的自适应量测噪声协方差矩阵，tr()为矩阵秩的计算，为Jacobi矩阵；

(5)计算k时刻标量渐消因子的权重分配系数c(i,i)：

其中，p(i,i)为k-1时刻的误差协方差矩阵P_k-1主对角线上的元素，i＝1,2,3,4；

(6)计算k时刻的多重渐消因子矩阵β_k：

(7)计算k时刻的预测误差协方差矩阵P_k/k-1：

其中，为k时刻的预测误差协方差矩阵；

(8)计算k时刻的新息变量d_k的协方差矩阵

其中，为k时刻的新息变量d_k的协方差矩阵，E()为方差计算；

(9)计算k时刻的残差变量ε_k：

其中，为k时刻的残差变量；

(10)计算k时刻的残差变量ε_k的协方差矩阵

其中，为k时刻的残差变量ε_k的协方差矩阵；

(11)计算k时刻的自适应量测噪声协方差矩阵R_k：

其中，为k时刻的自适应量测噪声协方差矩阵；

(12)计算k时刻的卡尔曼增益矩阵K_k：

K_k＝P_k/k-1H^T[HP_k/k-1H^T+R_k]^-1 (16)

其中，为k时刻的卡尔曼增益矩阵；

(13)计算k时刻的误差协方差矩阵P_k：

P_k＝[I-K_kH]P_k/k-1 (17)

其中，为k时刻的误差协方差矩阵，为单位矩阵；

(14)对预测的状态变量进行校正，计算k时刻的估计状态变量

其中，k时刻的估计状态变量和分别为k时刻的估计α轴控制电流、估计β轴控制电流、估计电机转子转速和估计电机转子位置；

(15)输出k时刻的估计电机转子转速与估计电机转子位置判断k＞N是否成立，是则结束滤波估计，否则令k＝k+1，转步骤(2)。