一种永磁同步电机转子位置估算系统及方法与流程

文档序号:24538262发布日期:2021-04-02 10:20阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种永磁同步电机转子位置估算系统,包括pi控制模块、电流采样模块、空间矢量脉宽调制模块、电机驱动模块、永磁同步电机的三相定子绕组,所述电机驱动模块分别于空间矢量脉宽调制模块和永磁同步电机的三相定子绕组连接,用于起动、维持永磁同步电机正常运转,其特征在于,还包括改进型luenberger观测器驱动模块,所述改进型luenberger观测器驱动模块分别与所述电流采样模块和pi控制模块连接,使用小波去噪单元降低对luenberger观测器增益k值的确定影响因素较大的噪声,使用模糊参数整定单元用于对luenberger观测器及锁相环中的pi参数进行整定,从而提高luenberger观测器的鲁棒性,为控制系统提供可靠的转子位置和转速信息。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机转子位置估算系统,其特征在于,所述改进型luenberger观测器驱动模块包括:位置计算单元、转速计算单元、小波去噪单元、模糊参数整定单元;所述位置计算单元与坐标变换单元连接,用于将iα、iβ和转子位置结合并变换到两相旋转坐标系下;所述转速计算单元与坐标变换单元连接,用于获得永磁同步电机的位置信息;所述小波去噪单元用于降低对luenberger观测器增益k值的确定影响因素较大的噪声;所述模糊参数整定单元用于对luenberger观测器及锁相环中的pi参数进行整定。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机转子位置估算系统,其特征在于,所述电流pi控制模块包括:转速环pi调节器、电流环pi调节器;所述转速环pi调节器与所述改进型luenberger观测器驱动模块中的位置估算单元相连,用于计算给定转速与反馈转速的差值,通过转速环pi调节器产生转矩电流分量,即交轴参考电流iqref;所述电流环pi调节器与空间矢量脉宽调制模块连接,用于控制iq跟踪iqref、id跟踪idref,获得电压分量ud、uq。

4.一种永磁同步电机转子位置估算方法,其特征在于,在传统luenberger观测器的基础上,增加小波阈值去噪功能,采用模糊pi控制器对锁相环进行改进,改进后的luenberger观测器可以获得更加精确的永磁同步电机转子速度ωe和转子位置

5.如权利要求4所述的永磁同步电机转子位置估算方法,其特征在于,小波阈值去噪功能具体步骤为:

步骤一:定义一个原始线性信号:

f(t)=x1φ2,0(t)+x2φ2,1(t)+x3φ2,2(t)+x4φ2,3(t)

其中,φj,k(t)=φ(2jt-k),k=0,1,…,2j-1。称φ(t)为尺度函数,意味着一个函数f(t)可以用一个尺度函数φj,k(t)的伸缩以及平移的线性组合表示。其中,j称为尺度,1/2j称为分辨率。如果此时将f(t)看成最高级别的分解的话,那么其上一级的分解就可以用g(t)=a1,0φ1,0(t)+a1,1φ1,1(t)表示,不难发现,根据平均值求解得到的g(t)≠f(t),即丢失了一些细节信息,我们需要另外一个函数来描述这样的信息,该函数称为小波函数。与尺度函数类似,小波函数定义如下

ψj,k(t)=ψ(2jt-k)k=0,1,…,2j-1

将上述进行多分辨率表示,原始信号为:

f(t)=x1φ2,0(t)+x2φ2,1(t)+x3φ2,2(t)+x4φ2,3(t)

=a1,0φ1,0(t)+a1,1φ1,1(t)+d1,0ψ1,0(t)+d1,1ψ1,1(t)

=a0,0φ0,0(t)+d0,0ψ0,0(t)+d1,0ψ1,0(t)+d1,1ψ1,1(t)

步骤二:采用离散小波变换dwt对残差信号进行分析,首先,通过对序列进行卷积计算将原始信号进行逐级分解。已知序列

用a*b表示a与b卷积后的到的一个新序列。根据卷积公式,a*b中第n个元素为(a*b)n,则

l(a*b)=l(a)+l(b)-1

dwt的系数是通过一对过滤器和采样率为2的向下采样后得到的,这对滤波器(h(n),g(n))称为滤波器组,它包括一个低通h(n)和一个高通g(n)滤波器。h(n)的输出给出了输入信号的低分辨率近似,此近似丢失的细节是在高通滤波器g(n)的输出处得到的。任何小波变换的主要条件是它必须有一个逆变换,为了确保它的存在,滤波器应满足下式中给出的两个条件:

其中,h(ω)和g(ω)分别式h(n)和g(n)的傅里叶变换,h(n)的输出和g(n)的输出给出了dwt展开的系数,通过在低通滤波器的输出处多次重复滤波和下采样操作,可以在许多尺度上细化这种扩展,通过每一层的细节输出和最后的近似输出,得到膨胀系数集,由此能够发现,滤波器的作用就是把滤波器系数组成的固定序列和输入信号做卷积;

步骤三:对小波系数做非线性阈值处理,保留全部低频系数vj,k,k=1,…,2j,以保障信号的整体形状不发生改变,取阈值:

其中,σ=mad/0.6745,mad为首层小波分解系数绝对值的中间值,0.6745为高斯噪声标准方差的调整系数,n为信号的尺寸或长度,对每个小波系数通过软阈值的方法去处理:

将含有噪声信号的小波系数和通过公式选定的阈值λ进行逐一对比,将不比阈值低的点收缩为两者之差;将不比阈值相反数高的点收缩为两者之和;将其值比阈值低的点收缩为0,通过软阈值收缩法估计获得的小波系数整体的连续性相对不错,高频的噪声干扰基本消除的同时保留了高频的有效信号,因此使得估计信号没有生成附加振荡。

6.如权利要求4所述的永磁同步电机转子位置估算方法,其特征在于,模糊pi控制器功能具体步骤为:

步骤一:由于系统在实际应用中需要满足函数容易实现、能够对数据快速处理等条件,选择三角形隶属度函数作为模糊pi控制器隶属函数,数学表达式为:

其中,m,σ分别为该模糊集的中心和宽度;

步骤二:确定输入输出变量的论域和它的模糊子集,定义如下:e、ec的模糊子集均为{-3,-3,-1,0,1,2,3},δki、δkp论域为{1,2,3,4,5,6,7},且模糊子集均为{nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb},然后进行隶属度函数设计,设计主要参考系统特性和电机的参数特性;;

步骤三:根据建好的模糊控制规则表以及隶属度函数值,查出模糊pi控制器输出p、i两个修正参数模糊输出值,并计算出kp、ki的值,采用常见的7个语言模糊集来表示输入变量e、ec和输出变量δkp、δki:nb(负大)、nm(负中)、ns(负小)、zo(零)、ps(正小)、pm(正中)、pb(正大);控制器的比例、积分调节公式如式(5.25)所示,加入模糊控制后,实时改进变量模糊控制器的修正量δkp、δki,实时对pi参数进行修正:

其中,kp(0)、ki(0)为pi控制器的初始值,δkp、δki为pi参数的的修正量,kp、ki为修正后的参数。


技术总结
本发明公开了一种永磁同步电机转子位置估算系统及方法,涉及永磁同步电机技术领域,包括电机驱动模块、永磁同步电机的三相定子绕组,电机驱动模块与三相定子绕组连接,用于起动、维持永磁同步电机正常运转,还包括电流采样模块、改进型Luenberger观测器模块;电流采样模块分别与电机驱动模块和三相定子绕组连接,用于采集三相定子绕组的电流,经坐标变换后传递到电机驱动模块;改进型Luenberger观测器模块分别与电流采样模块和电机驱动模块连接,通过小波阈值去噪来降低对Luenberger增益值K选取的噪声干扰,通过一套模糊规则对Luenberger观测器及锁相环中的PI参数进行整定,进而获得精确的转子位置信息,从而提高Luenberger观测器的鲁棒性,为控制系统提供可靠的转子位置和转速信息。

技术研发人员:陆腾飞;魏海峰;张懿;王浩陈
受保护的技术使用者:江苏科技大学
技术研发日:2020.11.23
技术公布日:2021.04.02
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