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专利号: 2021114916916
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种同步磁阻电机电感参数辨识及转子位置混合估计方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1,在电机未启动时,预定电机转子初始角度,通过施加固定的电压矢量来产生转矩将电机转子拉动到预定的初始位置;

根据电磁转矩方程,通过施加一个恒定的电压矢量Vs,同步磁阻电机会产生一个转矩Te将转子拉动到预定位置θ0,从而防止电机在启动时因初始位置无法估计而导致反转或启动失败;

步骤2,在电机慢速和中速及未满载的运行情况下,采用基于电流导数的基频脉宽调制激励估计算法,通过对有功电压矢量和无功电压矢量作用下的电流采样求导并计算后,得到电机的转子位置信息;具体包括以下步骤:

2.1在空载情况下,根据电机预定的初始位置θ0,施加相应的PWM电压信号,使得电机开始旋转;

2.2对同步磁阻电机的三相电流进行实时采样,采样步长要短,从而提高估计精度;

2.3选取一个PWM周期中的一个有功电压矢量V1、V3或V5和一个无功电压矢量V7作用下的电流进行求导并相减,对公式中的自感和互感展开并做简单处理后,将其转换成包含有转子位置θe的cos函数Pα和sin函数Pβ,最后通过反正切函数估算出转子的位置;

步骤3,在电机高速及满载的运行情况下,采用扩展反电动势估计算法来预估转子的位置信息;

采用加权平均的方法实现基频脉宽调制激励估计算法和扩展反电动势估计算法上下两种方法的平滑过度;使用有功电压矢量作用下的电流导数来在线估计电机的dq轴电感参数,从而增大扩展反电动势的估计精准度。

2.根据权利要求1所述的一种同步磁阻电机电感参数辨识及转子位置混合估计方法,其特征在于:2.3中具体包括以下步骤:

2.3.1,根据同步磁阻电机的数学模型,假设在一个PWM周期中选用有功电压矢量V1和零电压矢量V7来估计电流导数,当施加有功电压矢量V1时,则电压方程表示为:

2.3.2同理,推导出当施加电压为零电压矢量V7时的电压方程;

2.3.3Vdc为逆变器的直流母线电压,在一个PWM周期中,V1和V7作用下的电阻压降差值忽略不计,不会影响估计精度,将2.3.1和2.3.2中对应的线电压公式进行相减得到如下公式:

2.3.4因为电机为星形连接,则有iA+iB+iC=0,在通过结合步骤2.3.3中的公式,得到:其中

2.3.5将位置矢量的三个标量定义为:

2.3.6将2.3.4和2.3.5中的公式结合,得出:

2.3.7通过Clark变换,将位置向量的标量转化为静止坐标系下的方程:

2.3.8最后通过反正切函数或锁相环估算出转子的位置:以上各式中,VA、VB、VC是定子A、B、C相电压,iA、iB、iC是定子A、B、C相电流,RA、RB、RC是定子A、B、C相电阻,LAA、LBB、LCC是定子A、B、C相的自感,MAB、MBA、MAC、MCA、MBC、MCB是相间互感,θe是电机的转子电角度,Lls是定子绕组的漏感,LA、LB是随电角度变化的平均电感和电感幅值,Ld、Lq分别是直轴电感和交轴电感;

同理,求出当PWM周期中含有有功电压矢量V2,V3,V4,V5时的转子角位置估计值

3.根据权利要求2所述的一种同步磁阻电机电感参数辨识及转子位置混合估计方法,其特征在于:步骤3中,具体包括以下步骤:

3.1当速度过快或满载运行时,一个PWM周期内无功电压矢量作用下产生的电流时间就会很短,从而无法使用2.3来估计转子的位置信息,于是在此通过加权平均法,使用加权函数 与 将基频脉宽调制激励估计算法转变为扩展反电动势估计算法,即当转子速度接近 时开始进行两种估计算法的平滑过渡;

3.2扩展反电动势估计算法首先将同步磁阻电机的基本数学模型进行Park变换,从而得到在α轴和β轴下的定子电压方程,对变换后的定子电压方程进行变形,根据变形后的公式构建出同步磁阻电机的扩展反电动势观测器,用该观测器模型就能够实现对电机高速和满载情况下的估计;

3.3dq轴电感会影响到扩展反电动势的估计精准度,因此在施加有功电压矢量时对采样电流进行求导,通过将同步磁阻电机模型中的自感和互感化为由Ld、Lq与转子位置θe表示的公式之后,得到电流导数与dq轴电感和转子位置相关的公式,将估计的转子位置 带入并分解直流量和交流量,求出电机的dq轴电感参数,将电感参数带入扩展反电动势法能够大大提高扩展反电动势法的估计精度。

4.根据权利要求3所述的一种同步磁阻电机电感参数辨识及转子位置混合估计方法,其特征在于:3.2中具体包括以下步骤:

3.2.1通过对同步磁阻电机的基本数学模型进行变形,得到扩展反电动势为:Eex=(Ld‑Lq)(ωeid‑Piq)

3.2.2通过对基本数学模型进行park变换,得到在α轴和β轴下的定子电压方程:其中

3.2.3由3.2.2构造出同步磁阻电机的扩展反电动势观测器:式中,表示电流的估计值,通过对Eα和Eβ进行反正切求导就得到估计的转子位置

5.根据权利要求3所述的一种同步磁阻电机电感参数辨识及转子位置混合估计方法,其特征在于:3.3中具体包括以下步骤:

3.3.1假设施加V1电压矢量,即VB=VC,并且在高速情况下,电阻上的电压降忽略不计,故求出:

3.3.2结合3.3.1中的公式,得到如下公式:VA=P(L1IA)

其中

3.3.3将2.3.1中自感与互感的展开形式带入到3.3.2中的L1公式中,得到:

3.3.4将2.3.1中的dq轴电感的表达式带入到3.3.3的公式中,得到:

3.3.5结合3.3.2和3.3.4中的公式,得到:提取上式中的直流量与二阶分量,求出Ld与Lq的值;相同的,求出施加V3、V5有功电压矢量的情况下的Ld与Lq的值;将其与扩展反电动势结合,能够增加估计精度。