永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法和裝置。其中，該方法包括：建立永磁同步電機的滑膜觀測模型；通過反電動勢觀測模型對滑膜觀測模型輸出的當前反電動勢觀測值進行處理，得到當前反電動勢估計值；對當前反電動勢估計值進行相位處理，得到永磁同步電機的當前轉(zhuǎn)子信息，其中，當前轉(zhuǎn)子信息包括：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于永磁同步電機使用低通濾波器濾除噪聲產(chǎn)生相位滯后，導致轉(zhuǎn)子的位置檢測不精確的技術(shù)問題。
【專利說明】
永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電機領(lǐng)域，具體而言，涉及一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法和 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機具有高功率密度、高效率、低損耗、體積小和結(jié)構(gòu)簡單等特點，且無 位置傳感器控制方案的永磁同步電機同時具備裝配簡單、運用場合廣、可靠性高并且成本 低等優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003] 永磁同步電機優(yōu)越的控制性能需要準確的轉(zhuǎn)子位置信息，若使用霍爾位置傳感器 作為轉(zhuǎn)子位置信息檢測裝置，不僅增加電機安裝難度，而且增加了系統(tǒng)成本，降低系統(tǒng)可靠 性。而變結(jié)構(gòu)滑模觀測器具有較快動態(tài)響應(yīng)特性及較強的魯棒性等優(yōu)點，可以實時反饋出 轉(zhuǎn)子當前位置，被廣泛運用于永磁同步電機控制系統(tǒng)中。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，存在一種下述的永磁同步電機位置及轉(zhuǎn)速檢測方法，該檢測方法 根據(jù)α、β兩相靜止坐標系下永磁同步電機的數(shù)學模型設(shè)計了滑模觀測器。選取滑模面，通過 反電動勢得到轉(zhuǎn)子位置的估計值，但從滑模觀測器所提取的反電動勢信號，需經(jīng)過低通濾 波器處理，造成了轉(zhuǎn)子位置信息的滯后，從而影響控制的性能，使得檢測到的轉(zhuǎn)子的位置信 息不精確。
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中由于永磁同步電機使用低通濾波器濾除噪聲產(chǎn)生相位滯后，導致 轉(zhuǎn)子的位置檢測不精確的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法和裝置，以至少解決 現(xiàn)有技術(shù)中由于永磁同步電機使用低通濾波器濾除噪聲產(chǎn)生相位滯后，導致轉(zhuǎn)子的位置檢 測不精確的技術(shù)問題。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法， 包括:建立永磁同步電機的滑膜觀測模型；通過反電動勢觀測模型對滑膜觀測模型輸出的 當前反電動勢觀測值進行處理，得到當前反電動勢估計值;對當前反電動勢估計值進行相 位處理，得到永磁同步電機的當前轉(zhuǎn)子信息，其中，當前轉(zhuǎn)子信息包括:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位 置角。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例的另一方面，還提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測裝 置，包括:建立模塊，用于建立永磁同步電機的滑膜觀測模型；第一處理模塊，用于通過反電 動勢觀測模型對滑膜觀測模型輸出的當前反電動勢觀測值進行處理，得到當前反電動勢估 計值;第二處理模塊，用于對當前反電動勢估計值進行相位處理，得到永磁同步電機的當前 轉(zhuǎn)子信息，其中，轉(zhuǎn)子信息包括:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角。
[0009] 在本發(fā)明實施例中，對永磁同步電機模型建立的滑模觀測器，然后對滑模觀測器 中輸出的反電動勢觀測值進行處理，再對轉(zhuǎn)子位置進行相位矯正。上述方案通過反電動勢 觀測模型對滑膜觀測模型中提取的反電動勢觀測值進行處理，從而消除了傳統(tǒng)滑膜觀測模 型中的低通濾波器，避免了低通濾波器對轉(zhuǎn)子位置信號的滯后，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于永 磁同步電機使用低通濾波器濾除噪聲產(chǎn)生相位滯后，導致轉(zhuǎn)子的位置檢測不精確的技術(shù)問 題。同時，還對反電動勢估計值進行了相位處理，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑膜觀測模型所使用的反正切 和微分運算處理方法，避免了傳統(tǒng)方案所造成的反電動勢中高頻干擾信號的放大，且對點 擊參數(shù)變化及外界環(huán)境的擾動具有較高的魯棒性，從而進一步提高了檢測轉(zhuǎn)子位置的精確 度。
【附圖說明】
[0010] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0011] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法的流程圖；
[0012] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法的原理 圖；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的相位處理的原理圖；以及
[0014] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測裝置的流程 圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的 附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是 本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0016] 需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語"第一"、"第 二"等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用 的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或 描述的那些以外的順序?qū)嵤４送猓g(shù)語"包括"和"具有"以及他們的任何變形，意圖在于覆 蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于 清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品 或設(shè)備固有的其它步驟或單元。
[0017] 實施例！
[0018] 根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法實施例，需要 說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中 執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順 序執(zhí)行所示出或描述的步驟。
[0019] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法的流程圖，如圖1所 示，該方法包括如下步驟：
[0020] 步驟S102,建立永磁同步電機的滑膜觀測模型。
[0021]具體的，在上述步驟中，上述滑膜觀測模型可以根據(jù)上述永磁同步電機的外部輸 入量的實際測量結(jié)果得到狀態(tài)變量估計值，在一種可選的實施例中，用于永磁同步電機的 滑膜觀測模型的輸入實際測量值可以是永磁同步電機的兩相定子電流的電流觀測值，上述 狀態(tài)變量估計值可以是反電動勢觀測值，上述滑膜觀測模型可以建立在預(yù)設(shè)軸系下。
[0022]步驟S104,通過反電動勢觀測模型對滑膜觀測模型輸出的當前反電動勢觀測值進 行處理，得到當前反電動勢估計值。
[0023]此處需要說明的是，反電動勢觀測模型從滑模電流觀測器中提取出相應(yīng)的反電動 勢信息，可以取消傳統(tǒng)滑模觀測器中的低通濾波器，避免了低通濾波器所造成轉(zhuǎn)子位置信 息的滯后，從而可以快速準確獲取當前轉(zhuǎn)子位置信息及電機轉(zhuǎn)速。
[0024]步驟S106,對當前反電動勢估計值進行相位處理，得到永磁同步電機的當前轉(zhuǎn)子 信息，其中，轉(zhuǎn)子位置包括:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角。
[0025] 在一種可選的實施例中，上述相位處理可以是相位鎖定校正。
[0026] 此處需要說明的是，采用反電動勢觀測模型所提取的反電動勢估計值經(jīng)相位處理 后，可以避免由傳統(tǒng)滑模觀測器所采用反正切和微分運算處理后所造成的兩相等效反電動 勢中高頻干擾信號的放大，從而有效提高轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速估算的準確性。
[0027] 本申請上述實施例對永磁同步電機模型建立的滑模觀測器，然后對滑模觀測器中 所提取反電動勢觀測值進行處理的反電動勢觀測模型，再對轉(zhuǎn)子位置進行相位矯正。上述 方案通過反電動勢觀測模型對滑膜觀測模型中提取的反電動勢觀測值進行處理，從而消除 了傳統(tǒng)滑膜觀測模型中的低通濾波器，避免了低通濾波器對轉(zhuǎn)子位置信號的滯后，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中由于永磁同步電機使用低通濾波器濾除噪聲產(chǎn)生相位滯后，導致轉(zhuǎn)子的位置檢 測不精確的技術(shù)問題。同時，還對反電動勢估計值進行了相位處理，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑膜觀測模 型所使用的反正切和微分運算處理方法，避免了傳統(tǒng)方案所造成的反電動勢中高頻干擾信 號的放大，且對點擊參數(shù)變化及外界環(huán)境的擾動具有較高的魯棒性，從而進一步提高了檢 測轉(zhuǎn)子位置的精確度。
[0028] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，建立永磁同步電機的滑膜觀測模型，包括：
[0029] 步驟S1021，獲取永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測值和上一 刻的反電動勢估計值。
[0030] 步驟S1023,根據(jù)永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測值和上一 刻的反電動勢估計值，通過永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立滑膜觀測模型。
[0031] 在一種可選的實施例中，結(jié)合圖2所示的示例，建立滑膜觀測模型的輸入值為永磁 同步電機的當前輸入電壓μα、μβ，上一刻的反電動勢觀測值Sc^Se以及上一刻的反電動勢估 計值?、，其中，反電動勢估計值與反電動勢反饋系數(shù)相乘后反饋至滑膜觀測模型，根 ：α μ 據(jù)永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型，帶入上述參數(shù)，從而得到滑膜觀測模型。
[0032] 由上可知，本申請上述步驟獲取永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動 勢觀測值和上一刻的反電動勢估計值，根據(jù)永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電 動勢觀測值和上一刻的反電動勢估計值，通過永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立 滑膜觀測模型。上述方案建立了針對永磁同步電機的滑膜觀測模型，使得滑膜觀測模型可 以根據(jù)上述永磁同步電機的外部輸入?yún)?shù)，得到永磁同步電機的狀態(tài)變量，即永磁同步電 機的反電動勢觀測值。
[0033]可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建 立滑膜觀測模型的動態(tài)方程為：
[0035] 其中，& > &為電流觀測值，4 γ &為上一刻的反電動勢估計值，Sa、Sf!為上一刻 的電動勢觀測值，μα、μβ為當前輸入電壓，Μ為反電動勢反饋系數(shù)。
[0036] 在一種可選的實施例中，上述預(yù)設(shè)軸系為兩相軸系。
[0037] 由上可知，本申請上述步驟提供了永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的建立滑膜觀測模 型的電機模型，從而實現(xiàn)了建立與永磁同步點擊對應(yīng)的滑膜觀測模型的技術(shù)效果。
[0038] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，從滑膜觀測模型中提取的反電動勢觀測值，包 括：
[0039]步驟S1041，獲取滑膜觀測模型輸出的電流觀測值。
[0040] 在一種可選的實施例中，結(jié)合圖2所示的示例，;α、Ζ/為上述永磁同步電機的電流 觀測值。
[0041] 步驟S1043,獲取永磁同步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量。
[0042] 在一種可選的實施例中，可以通過對永磁同步電機的兩相定子電流進行克拉克 (Clarke)變換來得帶在預(yù)設(shè)軸系下的電流分量，Clarke變換的過程為將基于三相二維軸系 下的兩相軸的定子靜止坐標系中的各個物理量變換至兩相軸系的定子靜止坐標戲中。
[0043] 在另一種可選的實施例中，還可以通過對永磁同步電機的兩相定子電流進行dq變 換來得帶在預(yù)設(shè)軸系下的電流分量，dq變換作為一種解耦控制方法，可以將電機的三相繞 組轉(zhuǎn)換為等價的;兩相繞組，并且把旋轉(zhuǎn)坐標系變?yōu)檎坏撵o止坐標，即可得到用直流標識 電壓即電流的關(guān)系式。
[0044] 步驟S1045,根據(jù)電流觀測值和電流分量通過飽和函數(shù)得到反電動勢觀測值。
[0045] 此處需要說明的是，飽和函數(shù)在從滑膜觀測模型中提取反電動勢觀測值時，需要 對電流觀測值和電流分量進行運算，由于上述滑膜觀測模型為在預(yù)設(shè)軸系下建立的滑膜觀 測模型，因此，上述電流分量應(yīng)該與預(yù)設(shè)軸系對應(yīng)的，永磁同步電機的兩相定子電流在上述 預(yù)設(shè)軸系下的電流分量。
[0046] 此處還需要說明的是，在現(xiàn)有技術(shù)中，在從滑膜觀測模型中提取反電動勢觀測值 的過程中所采用的結(jié)構(gòu)切換函數(shù)通常為開關(guān)函數(shù)，由于開關(guān)函數(shù)只有開和關(guān)兩種狀態(tài)值， 因此采用開關(guān)函數(shù)作為結(jié)構(gòu)切換函數(shù)通常會引起較為嚴重的抖振，而本申請上述方案所采 用的飽和函數(shù)的狀態(tài)除了開和關(guān)兩個狀態(tài)以外，由開狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)過度的過程中具有平滑 的函數(shù)來進行過度，能夠明顯的減小電機的抖振。
[0047] 由上可知，本申請上述步驟獲取滑膜觀測模型輸出的電流觀測值，并獲取永磁同 步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量，根據(jù)電流觀測值和電流分量通過飽和函數(shù)得到 反電動勢觀測值。上述方案采用飽和函數(shù)替代了現(xiàn)有技術(shù)中常用的開關(guān)函數(shù)，在飽和函數(shù) 邊界層內(nèi)進行線性控制，可以有效抑制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)切換不連續(xù)性所引入的高頻抖振，從而削 弱反電動勢所含有的大量高頻噪音，且該函數(shù)結(jié)構(gòu)簡單，運算量小，達到了有效抑制滑膜抖 振的技術(shù)效果，且結(jié)果簡單，易于實現(xiàn)的技術(shù)效果。
[0048] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過如下公式根據(jù)電流觀測值和電流分量通過 飽和函數(shù)得到反電動勢觀測值：
[0050] 其中，k為滑模增益系數(shù)，δ為飽和函數(shù)的邊界層常數(shù)，&為電流觀測值，ia、ie 為永磁同步電機的兩相定子的電流。
[0051] 由上可知，本申請上述步驟提供了飽和函數(shù)的模型。上述方案采用飽和函數(shù)替代 了現(xiàn)有技術(shù)中常用的開關(guān)函數(shù)，在飽和函數(shù)邊界層內(nèi)進行線性控制，可以有效抑制系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)切換不連續(xù)性所引入的高頻抖振，從而削弱反電動勢所含有的大量高頻噪音，且該函數(shù) 結(jié)構(gòu)簡單，運算量小，達到了有效抑制滑膜抖振的技術(shù)效果，且結(jié)果簡單，易于實現(xiàn)的技術(shù) 效果。
[0052] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，獲取永磁同步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電 流分量，包括：
[0053] 步驟S1047,測量永磁同步電機的兩相定子的電流。
[0054] 步驟S1049,在所示預(yù)設(shè)軸系下對兩相定子的電流進行克拉克變換，得到兩相定子 在預(yù)設(shè)軸系的電流分量。
[0055] 在一種可選的實施例中，可以通過對永磁同步電機的兩相定子電流進行克拉克 (Clarke)變換來得帶在預(yù)設(shè)軸系下的電流分量，Clarke變換的過程為將基于三相二維軸系 下的兩相軸的定子靜止坐標系中的各個物理量變換至兩相軸系的定子靜止坐標戲中。
[0056] 由上可知，本申請上述步驟測量永磁同步電機的兩相定子的電流，在所示預(yù)設(shè)軸 系下對兩相定子的電流進行克拉克變換，得到兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量。上述方案 通過對永磁同步電機的兩相定子電流進行克拉克(Clarke)變換來得帶在預(yù)設(shè)軸系下的電 流分量，Clarke變換的過程為將基于三相二維軸系下的兩相軸的定子靜止坐標系中的各個 物理量變換至兩相軸系的定子靜止坐標戲中。
[0057] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，對反電動勢估計值進行相位處理，得到永磁同步 電機的轉(zhuǎn)子位置，包括：
[0058]步驟S1061，根據(jù)反電動勢觀測值以及上一刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，得到轉(zhuǎn)子 位置誤差信息。
[0059]步驟S1063,對轉(zhuǎn)子位置誤差信息進行PI整合，得到當前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
[0060]步驟S1065,對當前轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行積分，得到轉(zhuǎn)子位置角。
[0061]在一種可選的實施例中，結(jié)合圖3所示的示例，上述反電動勢觀測模型估算得到的 反電動勢估計值匕和匕可表示為：
[0062]
其中為上一刻的轉(zhuǎn)子位置角，如為上述永磁同步電機的磁 鏈固有參數(shù)，其中，I為估算反電動勢基頻信號位置角。
[0063] 對上述反電動勢估計值和進行三角函數(shù)積化和差處理，得到位置誤差，位置 誤差可以表示為：
[0064] M=-.cos(夕~sin(P-}，其中，Μ 為上述位置誤差信息， 為相位處理后，從兩相反電動勢中提取的上一刻的轉(zhuǎn)子的位置角。
[0065] 此處需要說明的是，當及< ;τ/8時，sin(4-夕.）λ 夕，因此上式可簡化為： = 所得經(jīng)ΡΙ整合后可估算出當前電機轉(zhuǎn)速信息4，4再經(jīng)積分后可獲 得相應(yīng)轉(zhuǎn)子位置信息6
[0066] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過如下公式根據(jù)反電動勢觀測值以及上一刻 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信息：
[0068] 其中，&、^為上一刻的反電動勢估計值，$為相位處理后兩相反電動勢中提取 的轉(zhuǎn)子位置信息，Φ?為永磁同步電機的磁鏈固有參數(shù)。
[0069] 在一種可選的實施例中，當I-堯<;τ/8肘，sin(6-夕）4)-及，因此轉(zhuǎn)子位置誤差 信息可簡化為：ΔΙ = ?;f//, 1)，所得ΔΙ經(jīng)PI整合后可估算出當前電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速4，4 再經(jīng)積分后可獲得相應(yīng)轉(zhuǎn)子位置角P
[0070] 由上可知，本申請上述步驟提供了計算轉(zhuǎn)子位置誤差的信息，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑模觀 測器所使用的反正切和微分運算處理方法，避免了傳統(tǒng)方案所造成的反電動勢中高頻干擾 信號的放大，且對電機參數(shù)變化及外界環(huán)境的擾動表現(xiàn)較強魯棒性。
[0071] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過如下公式對滑膜觀測模型輸出的反電動勢 觀測值進行處理，得到反電動勢估計值：
[0073]其中，Sa、Sf!為上一刻的反電動勢觀測值，4、^為上一刻的反電動勢估計值，ω為 上一刻的轉(zhuǎn)子位置角，1為反電動勢觀測模型增益系數(shù)，1 e (0，+0)。
[0074]由上可知，本申請上述步驟通過對反電動勢觀測值進行處理，得到反電動勢估計 值，從而取消了傳統(tǒng)滑模電流觀測器中的低通濾波器，避免了低通濾波器所造成轉(zhuǎn)子位置 信號的滯后。
[0075] 實施例2
[0076] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。出于描述的目的，所繪的體系結(jié)構(gòu)僅為合適環(huán)境的一個示例，并非對本申請的使用范圍 或功能提出任何局限。也不應(yīng)該將一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測裝置視為對圖4所示 的任一組件或組合具有任何依賴或需求。
[0077] 如圖4所示，該永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測裝置可以包括：
[0078]建立模塊40，用于建立永磁同步電機的滑膜觀測模型。
[0079]第一處理模塊42,用于通過反電動勢觀測模型對滑膜觀測模型輸出的當前反電動 勢觀測值進行處理，得到當前反電動勢估計值。
[0080]第二處理模塊44,用于對當前反電動勢估計值進行相位處理，得到永磁同步電機 的當前轉(zhuǎn)子信息，其中，轉(zhuǎn)子信息包括:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角。
[0081 ]本申請上述實施例通過建立模塊對永磁同步電機模型建立的滑模觀測器，通過第 一處理模塊對滑模觀測器中輸出的反電動勢觀測值進行處理的，通過第二處理模塊再對轉(zhuǎn) 子位置進行相位矯正。上述方案通過反電動勢觀測模型對滑膜觀測模型中提取的反電動勢 觀測值進行處理，從而消除了傳統(tǒng)滑膜觀測模型中的低通濾波器，避免了低通濾波器對轉(zhuǎn) 子位置信號的滯后，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于永磁同步電機使用低通濾波器濾除噪聲產(chǎn)生相 位滯后，導致轉(zhuǎn)子的位置檢測不精確的技術(shù)問題。同時，還對反電動勢估計值進行了相位處 理，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)滑膜觀測模型所使用的反正切和微分運算處理方法，避免了傳統(tǒng)方案所造 成的反電動勢中高頻干擾信號的放大，且對點擊參數(shù)變化及外界環(huán)境的擾動具有較高的魯 棒性，從而進一步提高了檢測轉(zhuǎn)子位置的精確度。
[0082] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，上述建立模塊包括：
[0083] 第一獲取模塊，用于獲取永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測 值和上一刻的反電動勢估計值；
[0084] 第一建立子模塊，用于根據(jù)永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀 測值和上一刻的反電動勢估計值，通過永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立滑膜觀 測模型。
[0085] 由上可知，本申請上述裝置通過第一獲取模塊獲取永磁同步電機的當前輸入電 壓、上一刻的反電動勢觀測值和上一刻的反電動勢估計值，通過第一建立子模塊根據(jù)永磁 同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測值和上一刻的反電動勢估計值，通過永 磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立滑膜觀測模型。上述方案建立了針對永磁同步電 機的滑膜觀測模型，使得滑膜觀測模型可以根據(jù)上述永磁同步電機的外部輸入?yún)?shù)，得到 永磁同步電機的狀態(tài)變量，即永磁同步電機的反電動勢觀測值。
[0086] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，第二建立子模塊，用于通過永磁同步電機在預(yù)設(shè) 軸系下的電機模型建立滑膜觀測模型的動態(tài)方程為：
[0088]其中，?、4為電流觀測值，&、|#為上一刻的反電動勢估計值，Sa、Sf!為上一刻 的電動勢觀測值，μα、μβ為當前輸入電壓，Μ為反電動勢反饋系數(shù)。
[0089]可選的，根據(jù)本申請上述實施例，第一處理模塊包括：
[0090] 第二獲取模塊，用于獲取滑膜觀測模型輸出的電流觀測值；
[0091] 第三獲取模塊，用于獲取永磁同步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量；
[0092] 第一確定模塊，用于根據(jù)電流觀測值和電流分量通過飽和函數(shù)得到反電動勢觀測 值。
[0093] 由上可知，本申請上述裝置第二獲取模塊獲取滑膜觀測模型輸出的電流觀測值， 并通過第三獲取模塊獲取永磁同步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量，通過第一確定 模塊根據(jù)電流觀測值和電流分量通過飽和函數(shù)得到反電動勢觀測值。上述方案采用飽和函 數(shù)替代了現(xiàn)有技術(shù)中常用的開關(guān)函數(shù)，在飽和函數(shù)邊界層內(nèi)進行線性控制，可以有效抑制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)切換不連續(xù)性所引入的高頻抖振，從而削弱反電動勢所含有的大量高頻噪音，且 該函數(shù)結(jié)構(gòu)簡單，運算量小，達到了有效抑制滑膜抖振的技術(shù)效果，且結(jié)果簡單，易于實現(xiàn) 的技術(shù)效果。
[0094] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過如下公式根據(jù)電流觀測值和電流分量通過 飽和函數(shù)得到反電動勢觀測值：
[0096]其中，k為滑模增益系數(shù)，δ為飽和函數(shù)的邊界層常數(shù)，4、&為電流觀測值，ia、i e 為永磁同步電機的兩相定子的電流。
[0097]可選的，根據(jù)本申請上述實施例，第三獲取模塊包括：
[0098] 測量模塊，用于測量永磁同步電機的兩相定子的電流；
[0099] 變換模塊，用于在所示預(yù)設(shè)軸系下對兩相定子的電流進行克拉克變換，得到兩相 定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量。
[0100] 由上可知，本申請上述裝置通過測量模塊測量永磁同步電機的兩相定子的電流， 通過變換模塊在所示預(yù)設(shè)軸系下對兩相定子的電流進行克拉克變換，得到兩相定子在預(yù)設(shè) 軸系的電流分量。上述方案通過對永磁同步電機的兩相定子電流進行克拉克(Clarke)變換 來得帶在預(yù)設(shè)軸系下的電流分量，Clarke變換的過程為將基于三相二維軸系下的兩相軸的 定子靜止坐標系中的各個物理量變換至兩相軸系的定子靜止坐標戲中。
[0101 ]可選的，根據(jù)本申請上述實施例，第二處理模塊包括：
[0102] 第二確定模塊，用于根據(jù)當前反電動勢觀測值以及上一刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置 角，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信息；
[0103] 整合模塊，用于對轉(zhuǎn)子位置誤差信息進行PI整合，得到當前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
[0104] 積分模塊，用于對當前轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行積分，得到當前轉(zhuǎn)子位置角。
[0105] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過如下公式根據(jù)反電動勢觀測值以及上一刻 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信息：
[0106] M = -f (/ · cos{3:) - ? /; · sin(^;) = ?.ψ. sin(^ - θ.)
[0107] 其中，、％為上一刻的反電動勢估計值，氣為相位處理后兩相反電動勢中提取 的轉(zhuǎn)子位置信息，Φ?為永磁同步電機的磁鏈固有參數(shù)。
[0108] 可選的，根據(jù)本申請上述實施例，通過如下公式對滑膜觀測模型輸出的反電動勢 觀測值進行處理，得到反電動勢估計值：
[0110] 其中，Sa、Sf!為所述上一刻的反電動勢觀測值，/、L為所述上一刻的反電動勢估 計值，_為上一刻的轉(zhuǎn)子位置角，1為反電動勢觀測模型增益系數(shù)，le(〇，+m)。
[0111] 由上可知，本申請上述裝置通過對反電動勢觀測值進行處理，得到反電動勢估計 值，從而取消了傳統(tǒng)滑模電流觀測器中的低通濾波器，避免了低通濾波器所造成轉(zhuǎn)子位置 信號的滯后。
[0112] 上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0113] 在本發(fā)明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側(cè)重，某個實施例中沒有 詳述的部分，可以參見其他實施例的相關(guān)描述。
[0114] 在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的技術(shù)內(nèi)容，可通過其它的 方式實現(xiàn)。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為 一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或 者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互 之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連 接，可以是電性或其它的形式。
[0115]所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯 示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個 單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。
[0116]另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以 是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單 元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。
[0117]所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用 時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上 或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式 體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機 設(shè)備(可為個人計算機、服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或 部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括:U盤、只讀存儲器(R0M，Read-0nly Memory)、隨機存取存 儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的 介質(zhì)。
[0118]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測方法，其特征在于，包括： 建立永磁同步電機的滑膜觀測模型； 通過反電動勢觀測模型對所述滑膜觀測模型輸出的當前反電動勢觀測值進行處理，得 到當前反電動勢估計值； 對所述當前反電動勢估計值進行相位處理，得到所述永磁同步電機的當前轉(zhuǎn)子信息， 其中，所述當前轉(zhuǎn)子信息包括:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，建立永磁同步電機的滑膜觀測模型，包括： 獲取所述永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測值和上一刻的反電動 勢估計值； 根據(jù)所述永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測值和上一刻的反電動 勢估計值，通過所述永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立所述滑膜觀測模型。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，通過所述永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電 機模型建立所述滑膜觀測模型的動態(tài)方程為：其中，、&為電流觀測值，Iit、1#為上一刻的反電動勢估計值，Sa、Sfi為上一刻的電動 勢觀測值，μα、μL!為所述當前輸入電壓，M為反電動勢反饋系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑膜觀測模型輸出所述反電動勢觀測 值，包括： 獲取所述滑膜觀測模型輸出的電流觀測值； 獲取所述永磁同步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量； 根據(jù)所述電流觀測值和所述電流分量通過飽和函數(shù)得到所述反電動勢觀測值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過如下公式根據(jù)所述電流觀測值和所述 電流分量通過飽和函數(shù)得到所述反電動勢觀測值：其中，k為滑模增益系數(shù)，δ為飽和函數(shù)的邊界層常數(shù)，、&為所述電流觀測值，ia、ie 為所述永磁同步電機的兩相定子的電流。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，獲取所述永磁同步電機的兩相定子在所述 預(yù)設(shè)軸系的電流分量，包括： 測量所述永磁同步電機的兩相定子的電流； 在所示預(yù)設(shè)軸系下對所述兩相定子的電流進行克拉克變換，得到所述兩相定子在所述 預(yù)設(shè)軸系的電流分量。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對所述反電動勢估計值進行相位處理，得 到所述永磁同步電機的當前轉(zhuǎn)子信息，包括： 根據(jù)所述當前反電動勢觀測值以及上一刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，得到轉(zhuǎn)子位置誤 差?目息； 對所述轉(zhuǎn)子位置誤差信息進行PI整合，得到當前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 對所述當前轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行積分，得到當前轉(zhuǎn)子位置角。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過如下公式根據(jù)所述反電動勢觀測值以 及上一刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信息：其中，I、&為上一刻的反電動勢估計值，氧為相位處理后兩相反電動勢中提取的轉(zhuǎn) 子位置信息，Φ?為所述永磁同步電機的磁鏈固有參數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過如下公式對所述滑膜觀測模型輸出的 反電動勢觀測值進行處理，得到反電動勢估計值：其中，sa、Sf!為上一刻的反電動勢觀測值，Iff、&為所述上一刻的反電動勢估計值，# 為上一刻的轉(zhuǎn)子位置角，1為反電動勢觀測模型增益系數(shù)，I e (〇，+0)。10. -種永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置的檢測裝置，其特征在于，包括： 建立模塊，用于建立永磁同步電機的滑膜觀測模型； 第一處理模塊，用于通過反電動勢觀測模型對所述滑膜觀測模型輸出的當前反電動勢 觀測值進行處理，得到當前反電動勢估計值； 第二處理模塊，用于對所述當前反電動勢估計值進行相位處理，得到所述永磁同步電 機的當前轉(zhuǎn)子信息，其中，所述轉(zhuǎn)子信息包括:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述建立模塊包括： 第一獲取模塊，用于獲取所述永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀測 值和上一刻的反電動勢估計值； 第一建立子模塊，用于根據(jù)所述永磁同步電機的當前輸入電壓、上一刻的反電動勢觀 測值和上一刻的反電動勢估計值，通過所述永磁同步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立所 述滑膜觀測模型。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，第二建立子模塊，用于通過所述永磁同 步電機在預(yù)設(shè)軸系下的電機模型建立所述滑膜觀測模型的動態(tài)方程為：兵甲，i、&73電侃觀測但，萬上一刻的反電動勢估計值，Sa、Sfi為上一刻的電動 ctr μ .α μ 勢觀測值，μα、μL!為所述當前輸入電壓，M為反電動勢反饋系數(shù)。13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第一處理模塊包括： 第二獲取模塊，用于獲取所述滑膜觀測模型輸出的電流觀測值； 第三獲取模塊，用于獲取所述永磁同步電機的兩相定子在預(yù)設(shè)軸系的電流分量； 第一確定模塊，用于根據(jù)所述電流觀測值和所述電流分量通過飽和函數(shù)得到所述反電 動勢觀測值。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，通過如下公式根據(jù)所述電流觀測值和所 述電流分量通過飽和函數(shù)得到所述反電動勢觀測值：其中，k為滑模增益系數(shù)，δ為飽和函數(shù)的邊界層常數(shù)，&、&為所述電流觀測值，ia、ie 為所述永磁同步電機的兩相定子的電流。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第三獲取模塊包括： 測量模塊，用于測量所述永磁同步電機的兩相定子的電流； 變換模塊，用于在所示預(yù)設(shè)軸系下對所述兩相定子的電流進行克拉克變換，得到所述 兩相定子在所述預(yù)設(shè)軸系的電流分量。16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述第二處理模塊包括： 第二確定模塊，用于根據(jù)所述當前反電動勢觀測值以及上一刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置 角，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信息； 整合模塊，用于對所述轉(zhuǎn)子位置誤差信息進行PI整合，得到當前轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 積分模塊，用于對所述當前轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進行積分，得到所述當前轉(zhuǎn)子位置角。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，通過如下公式根據(jù)所述反電動勢觀測值 以及上一刻的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，得到轉(zhuǎn)子位置誤差信息：其中，4A為所述上一刻的反電動勢估計值，爲為相位處理后兩相反電動勢中提取 的轉(zhuǎn)子位置信息，如為所述永磁同步電機的磁鏈固有參數(shù)。18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，通過如下公式對所述滑膜觀測模型輸出 的反電動勢觀測值進行處理，得到反電動勢估計值：其中，Sa、Sf!為上一刻的反電動勢觀測值，4、|#為上一刻的反電動勢估計值為上
【文檔編號】H02P23/14GK106026801SQ201610525056
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月4日
【發(fā)明人】孫家廣, 曹明鋒, 李立, 黃志飛
【申請人】珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司