本發(fā)明涉及pmsm領(lǐng)域，具體涉及一種基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(permanentmagnet?synchronous?motor，pmsm)具有功率密度高、效率高、可靠性好、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于伺服驅(qū)動、軌道交通、新能源發(fā)電等領(lǐng)域。pmsm驅(qū)動系統(tǒng)依賴于準確的定子相電流信息來實現(xiàn)高精度控制，通常三相pmsm驅(qū)動系統(tǒng)需要至少兩個相電流傳感器來獲取準確的定子電流信號。

2、然而，在惡劣的工作環(huán)境中，電流傳感器容易出現(xiàn)故障或受到噪聲干擾的影響，導(dǎo)致采集的電流信號不夠準確，進而影響系統(tǒng)的控制性能。同時在實際應(yīng)用中還必須考慮裝置體積和傳感器、電路布線等的成本。因此，如何在保證電機驅(qū)動系統(tǒng)連續(xù)可靠運行的同時，盡量減少傳感器的數(shù)量，成為了一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法及系統(tǒng)；所述方法通過單個直流母線電流傳感器或單相電流傳感器成功重建三相電流信號，僅用一個硬件電流傳感器就能在pmsm驅(qū)動系統(tǒng)中實現(xiàn)閉環(huán)電流控制。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提出基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，包括以下步驟：

4、步驟s1：采集pmsm的a相電流ia、pmsm在d-q坐標系下的電壓ud和uq、pmsm的轉(zhuǎn)速n、電角速度ωe和電角度θe在k時刻的值ia(k)、ud(k)、uq(k)、n(k)、ωe(k)、θe(k)；

5、步驟s2：利用上一控制周期所預(yù)測出的k時刻pmsm的b相電流和c相電流和以及θe(k)和ia(k)進行clark變換和park變換，得到k時刻pmsm在d-q坐標系下的電流id(k)和iq(k)；

6、步驟s3：根據(jù)電流觀測器的方程，使用離散化方法并利用ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻pmsm在d-q坐標系下的電流和

7、步驟s4：采集k+1時刻pmsm的電角度θe(k+1)，利用和進行反park變換和反clark變換得到abc坐標系下的k+1時刻pmsm的電流和給下一控制周期使用；

8、步驟s5：將轉(zhuǎn)速的參考值nref和n(k)輸入到速度控制器，經(jīng)過pi調(diào)節(jié)輸出電流的參考值id_ref和iq_ref；

9、步驟s6：將步驟s3和步驟s5得到的id_ref和iq_ref作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，經(jīng)過pi調(diào)節(jié)輸出k+1時刻pmsm在d-q坐標系下的電壓ud(k+1)和uq(k+1)；

10、步驟s7：利用θe(k+1)、ud(k+1)和uq(k+1)進行反park變換得到k+1時刻pmsm在α-β坐標系下的電壓分量uα(k+1)和uβ(k+1)；

11、步驟s8：根據(jù)uα(k+1)和uβ(k+1)進行svpwm調(diào)制輸出相應(yīng)的方波控制逆變器6個igbt管的開關(guān)并控制電機。

12、優(yōu)選的，所述步驟s2具體為：將和θe(k)、ia(k)帶入以下方程得到k時刻pmsm在d-q坐標系下的電流；

13、

14、式中：iα和iβ表示α-β坐標系下的電流分量。

15、優(yōu)選的，所述步驟s3具體為：對觀測器方程進行離散化處理并利用ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

16、

17、式中：表示狀態(tài)估計向量，即id和iq的預(yù)測值；a、b和c均為參數(shù)矩陣；u表示輸入向量；y表示輸出向量；k為觀測器的增益矩陣；具體如下所示：

18、

19、式中：ld和lq分別為d-q軸下的電感；ψf為永磁磁鏈；rs為定子電阻。

20、優(yōu)選的，所述步驟s3采用前向歐拉離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

21、

22、式中：下標fe代表使用前向歐拉離散法離散觀測器方程，ts表示系統(tǒng)采樣時間。

23、優(yōu)選的，所述步驟s3采用tustin離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

24、

25、

26、式中：下標tustin代表使用tustin離散法離散觀測器方程，i為單位矩陣，ts表示系統(tǒng)采樣時間。

27、優(yōu)選的，所述步驟s3采用混合離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

28、

29、式中：下標hy代表使用混合離散法離散觀測器方程，ts表示系統(tǒng)采樣時間。

30、優(yōu)選的，所述步驟s3采用匹配極零點離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

31、

32、

33、式中：下標mpz代表使用匹配極零點離散法離散觀測器方程，ts表示系統(tǒng)采樣時間，a和b均為中間參數(shù)。

34、優(yōu)選的，所述步驟s4具體為：將θe(k+1)、和進行反park變換和反clark變換得到abc坐標系下的電流；

35、

36、式中：iα和iβ表示α-β坐標系下的電流分量。

37、優(yōu)選的，所述步驟s7具體為：將θe(k+1)、ud(k+1)和uq(k+1)進行反park變換得到uα(k+1)和uβ(k+1)；

38、

39、第二方面，本發(fā)明提出基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制系統(tǒng)，包括處理器、存儲器以及存儲在所述存儲器上的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時，具體執(zhí)行上述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法中的步驟。

40、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

41、本發(fā)明涉及一種基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法及系統(tǒng)，由電流傳感器得到單相電流和上一時刻預(yù)測得到其余兩相電流進入電流狀態(tài)觀測器預(yù)測出下一時刻的電流。本發(fā)明在降低傳感器成本的同時還能保證pmsm的穩(wěn)定運行，具有工程應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述控制方法使用一個單相電流傳感器完成對pmsm的穩(wěn)定控制，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s2具體為：將和θe(k)、ia(k)帶入以下方程得到k時刻pmsm在d-q坐標系下的電流；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s3具體為：對觀測器方程進行離散化處理并利用ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s3采用前向歐拉離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s3采用tustin離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s3采用混合離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s3采用匹配極零點離散法根據(jù)ud(k)、uq(k)、ωe(k)、id(k)、iq(k)預(yù)測出k+1時刻的電流和

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s4具體為：將θe(k+1)、和進行反park變換和反clark變換得到abc坐標系下的電流；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟s7具體為：將θe(k+1)、ud(k+1)和uq(k+1)進行反park變換得到uα(k+1)和uβ(k+1)；

10.基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器、存儲器以及存儲在所述存儲器上的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時，具體執(zhí)行如權(quán)利要求1-9中任一所述的基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法中的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出基于離散電流狀態(tài)觀測器的永磁同步電機單電流傳感器控制方法及系統(tǒng)，所述控制方法使用一個單相電流傳感器完成對PMSM的穩(wěn)定控制，由電流傳感器得到單相電流和上一時刻預(yù)測得到其余兩相電流進入電流狀態(tài)觀測器預(yù)測出下一時刻的電流。本發(fā)明在降低傳感器成本的同時還能保證PMSM的穩(wěn)定運行，具有工程應(yīng)用潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：金濤,吳澤宏,林民鑫,周小烽
受保護的技術(shù)使用者：福州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15