一种带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法与流程

本发明涉及一种带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法，具体涉及适用于表贴式永磁同步电机的多参数辨识和无位置传感器控制方法，属于永磁同步电机控制技术领域。

背景技术：

传统的永磁同步电机控制方案中，电流控制器、转子位置观测器以及多参数辨识模块需要独立分开设计，过程繁杂，其中，考虑无位置传感器下的多参数辨识多基于递推最小二乘法，其稳定性和参数收敛性质均无法保证；基于参数模型的转子位置观测器对参数摄动极为敏感，其位置观测受参数变化影响很大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法，该方法克服了现有技术的缺陷，具有同时实现电流控制、转子位置观测和多参数辨识的能力。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法，包括如下步骤：

步骤1，永磁同步电机控制系统进入中断后，对γ轴和δ轴电流进行采样，得到γ轴实际电流iγ(k)和δ轴实际电流iδ(k)；

步骤2，计算γ轴电流参考值iγ_ref(k)及其导数项计算δ轴电流参考值iδ_ref(k)及其导数项为了满足系统的自适应持续激励条件，向γ轴注入高频电流信号；

步骤3，将γ轴实际电流iγ(k)和γ轴电流参考值iγ_ref(k)输入电流误差计算模块计算得到γ轴下的电流误差信号eγ(k)，将δ轴实际电流iδ(k)和δ轴电流参考值iδ_ref(k)输入电流误差计算模块计算得到δ轴下的电流误差信号eδ(k)；

步骤4，将γ轴下的电流误差信号eγ(k)作为电感辨识模块、电阻辨识模块、γ轴反电势观测模块的输入，将δ轴下的电流误差信号eδ(k)作为电感辨识模块、电阻辨识模块、δ轴反电势观测模块的输入，计算得到电感辨识值电阻辨识值γ轴反电势观测值δ轴反电势观测值

所述电感辨识模块、电阻辨识模块、γ轴反电势观测模块、δ轴反电势观测模块对应的计算公式为：

其中，kr、kl、kλ分别为电阻辨识、电感辨识、γδ轴下反电势观测的增益系数，均为正常数；ω(k)为电机电角频率；k表示k时刻；上标·表示导数；

步骤5，将γ轴反电势观测值δ轴反电势观测值作为永磁磁链计算模块的输入，计算得到永磁磁链的计算值；将γ轴反电势观测值δ轴反电势观测值作为锁相环的输入，提取转子角度信息，实现无位置传感器控制；

步骤6，将γ轴电流参考值iγ_ref(k)、δ轴电流参考值iδ_ref(k)、γ轴下的电流误差信号eγ(k)、δ轴下的电流误差信号eδ(k)、电感辨识值电阻辨识值γ轴反电势观测值δ轴反电势观测值作为自适应全状态反馈的电流控制器的输入，计算得到γ轴调制电压uγc(k)和δ轴调制电压uδc(k)，计算公式如下：

其中，ke为电流误差增益，且ke为正常数；

步骤7，将γ轴调制电压uγc(k)和δ轴调制电压uδc(k)输入到pwm调制器进行调制，更新pwm占空比，中断结束，等待下次中断触发。

作为本发明的一种优选方案，步骤2所述高频电流信号的频率为永磁同步电机电频率的2-3倍，所述永磁同步电机电频率为ω(k)/(2π)，ω(k)为电机电角频率。

作为本发明的一种优选方案，步骤2所述导数项和导数项均采用后向欧拉的方式计算得到。

作为本发明的一种优选方案，步骤5所述永磁磁链的计算值，计算公式为：

其中，为永磁磁链的计算值；为γ轴反电势观测值；为δ轴反电势观测值；ω(k)为电机电角频率；k表示k时刻。

作为本发明的一种优选方案，步骤7所述调制的方式为spwm或者svpwm。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明的自适应电流控制方法具有同时实现电流控制、转子位置观测以及多参数辨识的能力。

2、本发明的自适应电流控制方法能够保证转子位置观测对参数变化具有极强的鲁棒性，具有绝对准确性。

3、本发明的自适应电流控制方法能够保证无位置传感控制下的多参数辨识的稳定性和收敛性质。

附图说明

图1是本发明一种带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法的整体架构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，为本发明一种带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法的整体架构图。永磁同步电机控制系统包括以下模块：电流误差计算模块1、电感辨识模块2、电阻辨识模块3、γ轴反电势观测模块4、δ轴反电势观测模块5、永磁磁链计算模块6、锁相环7以及自适应全状态反馈的电流控制器8。

电感辨识模块、电阻辨识模块、γ轴反电势观测模块和δ轴反电势观测模块的输入为γ、δ轴下的电流误差信号，其稳定性由所设计的自适应率以及所选的李雅普诺夫函数保证。

其自适应率设计如下：

其中，kr、kl、kλ分别为电阻辨识、电感辨识以及γδ轴下反电势观测的增益系数，均为正常数。分别为电阻辨识值、电感辨识值、γ轴下的反电势观测值以及δ轴下的反电势观测值；eγ(k)为γ轴下的电流误差信号，eδ(k)为δ轴下的电流误差信号；iγ(k)、iγ_ref(k)、iδ(k)和iδ_ref(k)分别为γ轴实际电流、γ轴电流参考值、δ轴实际电流以及δ轴电流参考值。

所选的李雅普诺夫函数如下：

其中，v为所选择的李雅普诺夫函数，l为电机电感，分别为电阻辨识误差、电感辨识误差、γ轴下的反电势观测误差以及δ轴下的反电势观测误差。

在上述自适应率下，李雅普诺夫函数的导数为：

显然负定，因此所设计的带转子位置观测和多参数辨识的自适应电流控制方法是稳定的。

永磁磁链计算模块的输入为所观测得到的γ、δ轴反电势，永磁磁链的计算值由下式得到：

其中，为永磁磁链的计算值，ω(k)为电机电角频率。

锁相环输入为所观测得到的γ、δ轴反电势，其中包含了转子角度误差信息，通过锁相环，提取转子角度信息，以实现无位置传感器控制。

本发明自适应电流控制方法的流程如下：

s1：中断开始，进入算法主程序

s11：系统进入中断、电流采样，得到γ轴实际电流iγ(k)和δ轴实际电流iδ(k)；

s12：计算电流参考值iγ_ref(k)、iδ_ref(k)及其导数项，为了满足自适应持续激励条件，iγ_ref(k)中加入高频信号，频率一般为电机电频率的2-3倍；导数项可采用后向欧拉的方式近似处理；

s13：输入电流误差计算模块得到电流误差信号。

s2：反电势观测器及各参数辨识模块工作

s21：将γ轴下的电流误差信号eγ(k)作为电感辨识模块、电阻辨识模块、γ轴反电势观测模块的输入，将δ轴下的电流误差信号eδ(k)作为电感辨识模块、电阻辨识模块、δ轴反电势观测模块的输入，计算得到电感辨识值电阻辨识值γ轴反电势观测值δ轴反电势观测值

s22：观测得到的γ、δ轴下的反电势作为永磁磁链计算模块和锁相环的输入，计算永磁磁链计算值和跟踪转子位置；

s3：基于全状态反馈的电流控制器工作，计算uγc(k)和uδc(k)，计算公式为：

将uγc(k)和uδc(k)输入到pwm调制器，更新pwm占空比，调试方式可为spwm(sinusoidalpulsewidthmodulation，正弦脉宽调制)或者svpwm(spacevectorpulsewidthmodulation，空间矢量脉宽调制)；

s4：中断结束，等待下次中断触发。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。