一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法及系统

本申请涉及机电控制系统，具体涉及一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法及系统。

背景技术：

1、滑模磁链观测器是一种在电机控制中用于实时感知电机磁链大小和方向的技术。滑模磁链观测器通过测量电机绕组中的电流和电压信号，利用这些信号和电机的数学模型来估计磁链。滑模磁链观测器广泛应用于高性能电机控制和驱动系统，如电动汽车、工业自动化等领域。

2、基于滑模磁链观测器的锁相环位置估算器是一种结合了滑模磁链观测技术和锁相环(phase locked loop，pll)原理的位置估算方法，主要用于永磁同步电机(permanentmagnet synchronous motor，pmsm)等电机系统中，实现对电机转子位置的精确估算。现有的基于滑模磁链观测器的锁相环位置估算器，实质上是一种相位跟踪策略，通过比例-积分(proportional-integral，pi)调节对相位误差进行消除，得到相应的目标数据，但锁相环的环路滤波(loop filter，lf)环节会产生相位滞后偏差，导致角度估算存在一定误差。因此，现有的基于滑模磁链观测器的锁相环位置估算器中的转速估算依然存在抖振现象，导致转速环性能差，影响转速环控制性能以及角度反馈精度。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法及系统，本发明通过在锁相环vco积分之前对转速数据进行低通滤波，使转速数据更加平滑，提高转速环控制性能，在锁相环vco环节根据lf滤波器相频特性进行相位补偿，提高角度估算精度。

2、在本发明的第一方面，本发明提供了一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，所述方法包括：

3、通过环路滤波器对获取的反电动势观测数据的相位误差进行消除，得到转速数据；

4、将所述转速数据输入到低通滤波器进行滤波，输出平滑转速数据，作为速度反馈；

5、将所述转速数据输入到电压控制振荡器进行积分，根据环路滤波器相频特性进行相位补偿，输出角度估算值，作为角度反馈。

6、在本发明的第二方面，本发明还提供了一种基于相位修正的低通锁相环位置估算系统，所述系统包括：

7、环路滤波器，用于对反电动势观测数据的相位误差进行消除，得到转速数据；

8、低通滤波器，用于将所述转速数据输入到低通滤波器进行滤波，输出平滑转速数据，作为速度反馈；

9、电压控制振荡器，用于对所述转速数据进行积分，根据环路滤波器相频特性进行相位补偿，输出角度估算值，作为角度反馈。

10、进一步的，所述系统还包括滑模磁链观测器，用于获取反电动势观测数据。

11、本发明的有益效果：

12、本发明通过低通滤波器的滤波平滑处理和基于相频特性的相位补偿方法对传统锁相环位置估算器的估算精度和转速估算平滑度进行提高。在锁相环vco积分之前对转速进行低通滤波，此数据输出到转速控制环做转速反馈，提高永磁同步电机无位置传感器控制系统速度环稳定性；在锁相环vco积分后，根据锁相环lf滤波器相频特性进行相位补偿，以消除因滤波引起的相位滞后，此数据输出用作控制系统角度反馈，提高位置估算精度。本发明降低转速估算抖振误差，提高转速环控制性能，降低角度估算相位偏差，提高角度估算精度。通过以上两个方面提高锁相环位置估算器性能，优化电机控制效果。

技术特征：

1.一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，所述反电动势观测数据的获取方式包括通过滑模磁链观测器获取反电动势观测数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，所述通过环路滤波器对反电动势观测数据的相位误差进行消除，得到转速数据包括对获取的反电动势观测数据进行相位跟踪，当角度估算值与角度实际值有误差时，d轴上存在反电动势分量；对获取的反电动势观测数据和d轴反电动势分量的误差相位进行消除处理，当角度估算值的正弦值趋近于角度估算值的值时，计算得到相位误差；计算相位误差为0值时的相位角度，将相位误差为0值时的相位角度作为转速数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，所述相位误差的计算公式表示为：

5.根据权利要求1所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，将所述转速数据输入到低通滤波器进行滤波，输出平滑转速数据，作为速度反馈包括根据滑模磁链观测器系统响应频率选取截止频率进行信号平滑度调节。

6.根据权利要求1所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，将所述转速数据输入到电压控制振荡器进行积分，根据环路滤波器相频特性进行相位补偿，输出角度估算值，作为角度反馈包括根据环路滤波器的pi参数的二重极点配置法则和锁相环的闭环传递函数，构建锁相环的闭环传递系统；根据相频特性规则，计算得到锁相环的闭环传递函数频率值；对闭环传递函数频率值进行实部、虚部分离，计算得到相位角；根据上一次角度估计值与相位角的差值，计算得到当前的角度估算值。

7.根据权利要求6所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，所述锁相环的闭环传递函数频率值表示为：

8.根据权利要求6所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法，其特征在于，所述角度估算值的计算公式表示为：

9.一种基于相位修正的低通锁相环位置估算系统，其特征在于，所述系统包括：

10.根据权利要求9所述的一种基于相位修正的低通锁相环位置估算系统，其特征在于，所述系统还包括滑模磁链观测器，用于获取反电动势观测数据。

技术总结
本申请涉及机电控制系统，具体涉及一种基于相位修正的低通锁相环位置估算方法及系统；所述系统包括环路滤波器，用于对获取的反电动势观测数据的相位误差进行消除，得到转速数据；低通滤波器，用于将所述转速数据输入到低通滤波器进行滤波，输出平滑转速数据，作为速度反馈；电压控制振荡器，用于对所述转速数据进行积分，根据环路滤波器相频特性进行相位补偿，输出角度估算值，作为角度反馈。本发明降低了转速估算抖振误差，提高了转速环控制性能，降低了角度估算相位偏差，提高了角度估算精度。通过以上两个方面提高锁相环位置估算器性能，优化电机控制效果。

技术研发人员：朴昌浩,梁宽,赵岩松,刘明杰,黄健
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/29