凸极式永磁无刷直流电机电磁转矩观测方法及装置

摘要

本发明涉及一种凸极式永磁无刷直流电机电磁转矩观测方法及装置，特别适合该种电机驱动系统无位置传感及无速度传感器时电磁转矩、转速控制。该观测方法及装置利用转子反电动势自适应的定子电流观测装置、基于锁相环的转子旋转速度及位置角观测装置、转子反电动势/转子磁链与转子位置角关系曲线、坐标变换装置、定子磁链计算装置、电磁转矩计算装置等，在无位置传感器方式下，连续、实时、准确地观测出电磁转矩，同时将转子转速、定子磁链以中间变量方式观测出来，以满足电机无传感器高性能直接转矩控制需要。本发明观测方法及装置具有实时性好、观测精度高、成本低廉等优点。

主权项

一种凸极式永磁无刷直流电机电磁转矩观测方法，其特征在于：对凸极式永磁无刷直流电机的电压和电流进行采样，将检测到的电压、电流以及观测的转子位置角、转子速度送给利用凸极式永磁无刷直流电机非线性时变数学模型构建的转子反电动势自适应的定子电流观测模块，输出转子反电动势；如果是第一次采样，观测的转子位置角、转子速度为任意设定的初值，否则为上一次采样计算得到的转子位置角和转子速度的观测值；将自适应辨识出的转子反电动势送给锁相环模块，输出转子位置角和转子速度的观测刷新值；根据转子位置角观测刷新值，查转子反电动势、转子磁链与转子位置角关系表，输出转子反电动势和转子磁链；根据转子磁链、转子位置角观测刷新值及定子电流，计算出定子磁链；根据定子磁链、转子磁链、定子电流及转子反电动势，计算出电磁转矩；该方法包括以下步骤：步骤1：检测凸极式永磁无刷直流电机的三相绕组电压u_a、u_b、u_c和三相绕组电流i_a、i_b、i_c，并利用3/2坐标变换模块将三相绕组电压u_a、u_b、u_c和三相绕组电流i_a、i_b、i_c变换至αβ坐标系中，得到αβ坐标系中定子电压为：，，用矢量u_s表示，αβ坐标系中定子电流为：，，用矢量i_s表示；其中，对于导通相绕组电压，利用直流母线电压采样值和功率管开关信号获得：，i=a,b,c，u_i表示导通相绕组电压，S_i表示导通相对应逆变桥臂功率管开关信号；对于关断相绕组电压，直接采用端电压采样值；步骤2：将定子电压矢量u_s、定子电流矢量i_s及观测的转子位置角、转子速度送给转子反电动势自适应的定子电流观测模块，输出转子反电动势自适应辨识矢量；步骤3：将转子反电动势自适应辨识矢量送给锁相环模块，输出转子位置角和转子速度的观测刷新值；步骤4：将转子位置角观测刷新值送给转子反电动势、转子磁链与转子位置角关系表，查表并输出转子反电动势、、和转子磁链、、；步骤5：将转子反电动势、、和转子磁链、、分别送给3/2坐标变换模块，输出定子αβ静止坐标系中转子反电动势、和转子磁链、，得到αβ坐标系中转子反电动势为：，，αβ坐标系中转子磁链为：，；步骤6：将αβ坐标系中转子磁链、，定子电流、及转子位置角观测刷新值送给定子磁链计算模块，得到定子磁链、为：其中，L_d和L_q为电机的直交轴电感；步骤7：将αβ坐标系中定子磁链、，转子磁链、，定子电流、及转子反电动势、送给电磁转矩计算模块，得到电磁转矩T_e观测值为：其中，p_n为电机极对数。