本發(fā)明屬于永磁同步電機控制，涉及到利用卡爾曼濾波對永磁同步電機的電流進行一次預測，具體是指一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機具有效率高、體積小、響應(yīng)速度快等特點。隨著電機制造技術(shù)和電機控制技術(shù)的發(fā)展、永磁同步電機在數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)控制和自動化生產(chǎn)線等場合得到廣泛應(yīng)用。

2、高性能的永磁同步電機控制系統(tǒng)一般包含電流控制內(nèi)環(huán)和轉(zhuǎn)速位置控制外環(huán)、這就需要驅(qū)動控制器系統(tǒng)具備高性能的電流、轉(zhuǎn)速和位置傳感器，實時采集電機的參數(shù)指標進行控制。目前少傳感器和無傳感器成為研究熱點，但由于定位要求，系統(tǒng)中位置速度傳感器必不可少。根據(jù)控制策略中是否采集工作電流將系統(tǒng)分為：直接電流控制和間接電流控制兩種。間接控制依據(jù)電機的數(shù)學模型，通過控制器輸出電壓和角速度間接控制輸出電流、具有制造簡單、成本低等特點，缺點是系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)慢。直接控制利用電流傳感器的采樣值進行實時反饋控制具備動態(tài)響應(yīng)快、限流容易、控制精度高點特點，缺點是電流傳感器的存在使得系統(tǒng)龐大、制造成本高。

3、因此研究無電流傳感器的快速響應(yīng)電機控制系統(tǒng)具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，利用自適應(yīng)卡爾曼濾波方法對電機輸出電流進行一步預測、再耦合輸出電壓和角速度的前饋控制量，實現(xiàn)對無電流傳感器下對電流的快速響應(yīng)控制，克服了無電流傳感器電流檢測速度慢的缺陷。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：本發(fā)明一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，包括以下步驟：

3、步驟一：建立永磁同步電機的非線性狀態(tài)空間方程，分別建立狀態(tài)方程x(t+1)和觀測方程y(t)：

4、x(t+1)＝f[x(t)]+bu(t)+w(t)

5、y(t)＝hx(t)+v(t)

6、式中，x＝[id?iq?ω]t為狀態(tài)變量，x(t)為當前狀態(tài)變量，x(t+1)為下一次狀態(tài)變量；f[x(t)]為關(guān)于x的變量，x向量由id、iq、ω三個變量組成；u＝[ud?uq?tl]t為輸入變量；y為輸出變量；h＝[0?0?1]；w(t),v(t)為預測過程中的白噪聲，方差矩陣分別為q、r；t為仿真步長；

7、根據(jù)狀態(tài)空間方程和永磁同步電機的數(shù)學模型(根據(jù)電機的工作特性，利用數(shù)學公式模擬電機的運行狀態(tài))可知，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣f[x(t)]：

8、h＝[0?0?1]

9、上式中，f[x(t)]為關(guān)于x的變量，b是關(guān)于變量l的矩陣；rs為電機定制電阻；l＝ld＝lq為電機等效d、q、o坐標系下的電感量；ψf為轉(zhuǎn)子永磁體磁極的勵磁磁鏈；pn為電機定子繞組極對數(shù)；j為電機軸聯(lián)轉(zhuǎn)動慣量；te為電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩；tl為電機的負載阻力矩；x＝[id?iq?ω]t為狀態(tài)變量，x(t)為當前狀態(tài)變量，id、iq、ω分別為d軸電流、q軸電流和角速度；

10、步驟二：利用卡爾曼濾波估計永磁同步電機的電流：

11、計算狀態(tài)量的一步預測：x(t+1|t)＝f[x(t)]+bu(t)+w(t)；

12、計算一步預測協(xié)方差矩陣：p(t+1|t)＝fp(t|t)ft+q；

13、計算濾波增益矩陣：k(t+1)＝p(t+1|t)ht[hp(t+1|t)ht+r]-1；

14、狀態(tài)一步更新：x(t+1|t+1)＝x(t+1|t)+k(t+1)[y(k+1)-hx(t+1|t)]；

15、協(xié)方差更新：p(t+1|t+1)＝[in-k(t+1)h]p(t+1|t)；

16、步驟三：耦合電壓傳感器與角速度傳感器的電壓、轉(zhuǎn)速前饋控制量，實現(xiàn)永磁同步電機的電流輸出：

17、d坐標系下的電流分量：id(t+1)＝k1id(t+1|t+1)+k2ud+k3ω；

18、q坐標系下的電流分量：iq(t+1)＝k4iq(t+1|t+1)+k5uq+k6ω；

19、式中，d坐標系下的電壓信號ud，q坐標系下的電壓信號uq，角速度ω，k1、k2、k3、k4、k5、k6為前饋系數(shù)。

20、采用上述方案本發(fā)明取得的有益效果如下：本方案一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，利用自適應(yīng)卡爾曼濾波方法對電機輸出電流進行一步預測、再耦合輸出電壓和角速度的前饋控制量，實現(xiàn)對無電流傳感器下對電流的快速響應(yīng)控制，克服無電流傳感器電流檢測速度慢的缺陷，從而實現(xiàn)無電流傳感器的電機電流的快速檢測。

技術(shù)特征：

1.一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，其特征在于：所述步驟一中永磁同步電機的數(shù)學模型根據(jù)電機的工作特性，利用數(shù)學公式模擬電機的運行狀態(tài)獲得。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，其特征在于：所述步驟三中耦合電壓與角速度前饋量，d坐標系下的電壓信號ud，q坐標系下的電壓信號uq，角速度ω，從而獲得最終永磁同步電機的電流。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，包括建立永磁同步電機的非線性狀態(tài)空間方程；利用卡爾曼濾波估計永磁同步電機的電流；耦合電壓傳感器與角速度傳感器的電壓、轉(zhuǎn)速前饋控制量，實現(xiàn)永磁同步電機的電流輸出。本發(fā)明屬于永磁同步電機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是提供了一種新的無電流傳感器的電機電流檢測方法，利用自適應(yīng)卡爾曼濾波方法對電機輸出電流進行一步預測、再耦合輸出電壓和角速度的前饋控制量，實現(xiàn)無電流傳感器下對電流的快速響應(yīng)控制，克服了無電流傳感器電流檢測速度慢的缺陷。

技術(shù)研發(fā)人員：羅光強,曾學東,黃浩,史金山,王紅勝
受保護的技術(shù)使用者：武漢駟騰科技發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9