一种永磁同步电机的H无穷转速估计方法

摘要

永磁同步电机的H无穷转速估计方法，包括电机的矢量控制系统，所述矢量控制系统反馈通道上设有一个H无穷转速观测器，通过粒子群算法实现H无穷转速观测器参数的自主寻优，获得转速估计值。本发明优化了传统转速观测器易受系统参数变化的影响、算法复杂难于实现和抗干扰能力弱等缺点，依据H无穷控制理论实现了永磁同步电机的转速估计，实现了粒子群算法H无穷速度观测器与机械速度传感器的完美替换，从而降低了系统成本，且保证了系统的稳定性，有效改善了永磁同步电机的动态性能。

主权项

永磁同步电机的H无穷转速估计方法，其特征在于，包括电机的矢量控制系统，所述矢量控制系统反馈通道上设有一个H无穷转速观测器，通过粒子群算法实现H无穷转速观测器参数的离线寻优，获得转速估计值，具体包括如下步骤：步骤1，通过电机的电磁转矩和机械运动方程推导得到永磁同步电机数学模型:$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{·}{x}=Ax+B_{1}w+B_{2}v\\ y=C_{2}x\\ z=C_{1}x+D_{12}v\end{array}\right.$式中，$x=\left[\begin{array}{c}{\omega }_{rm}\\ e_{\theta }\\ {ϵ}_{\theta }\end{array}\right],A=\left[\begin{array}{ccc}-B_m/J_m& 0& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right],$$B_1=\left[\begin{array}{ccc}-1/J_m& 0& 0\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& 0\end{array}\right],B_2=\left[\begin{array}{c}{K}_t/J_m\\ 0\\ 0\end{array}\right],w=\left[\begin{array}{c}{T}_L\\ {\theta }_{rm}^{*}\\ {\stackrel{·}{\theta }}_{rm}^{*}\end{array}\right],C_2=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],C_1=\left[\begin{array}{ccc}{q}_1& 0& 0\\ 0& q_2& 0\\ 0& 0& q_3\\ 0& 0& 0\end{array}\right],$$D_{12}=\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ r\end{array}\right];$其中，矩阵A、B₁、B₂为系数矩阵，e_θ是θ_rm^*和θ_rm之间的位置误差，θ_rm^*为给定参考量，ε_θ是位置误差的积分，v为控制输入信号，x为状态变量，为状态变量x的一阶导数，w是干扰输入信号，变量z为评价信号，C₁和D₁₂为加权矩阵，q_i>0(i＝1,2,3)和r>0为加权系数；C₁用来调节干扰抑制效果，D₁₂决定控制输入的大小；步骤2，根据步骤1中永磁同步电机数学模型搭建H无穷转速观测器结构，反馈控制率由下式得到，也就是H无穷转速观测器的给定表达式：$v^{*}=Kx=-\left[{\left({D_{12}}^T{D}_{12}\right)}^{-1}{D_{12}}^T{C}_1+{\left({D_{12}}^T{D}_{12}\right)}^{-1}{B}_2^{T}P\right]x=-\frac{1}{r^2}\left[\begin{array}{ccc}{K}_t/J_m& 0& 0\end{array}\right]Px$其中，K为反馈控制率，D₁₂^T为D₁₂的转置，矩阵P为Riccati方程的解，γ为给定的上界，K_t为转矩常数，J_m为转子的转动惯量；步骤3，步骤2中的给定表达式中含有C₁和D₁₂当中4个可调参数，将粒子群算法引入H无穷转速观测器中参数的求解，利用粒子群算法对这4个可调参数进行离线寻优，其步骤为：a.粒子的位置：x＝(q₁,q₂,q₃,r)^T；b.选取适应度函数：式中，e(t)为给定转速与H无穷转速观测器估计转速的差值；c.保留每个粒子的历史最优位置，以及所有粒子的全局最优位置；d.根据历史最优和全局最优更新粒子的速度和位置；每个粒子的速度和位置更新后，对更新后的位置中的每个变量进行取最近整数的操作；e.如果达到预设的迭代次数，则执行下一步；否则返回b；f.输出gbest和pbest，算法运行结束；g.输出gbest对应的H无穷观测器，该观测器即为所求；步骤4，将给定转速ω_rm^*与估计转速ω_rm作差得到的误差信号Δω_rm送入PI调节器，得到系统转矩值，然后采用最大转矩电流比控制器，得到d、q轴电流的期望给定值；步骤5，q轴电流的期望给定值与输出电流作差，得到电流误差Δi_q，同理得到Δi_d，经过PI调节器输出u_sd^*、u_sq^*，u_sd^*、u_sq^*再经park反变换输出u_sα^*、u_sβ^*，最后通过空间矢量脉宽调制模块输出六路PWM信号供给逆变器工作，逆变器输出将直流母线电压V_dc以PWM波的形式将电压施加到永磁同步电机上。