同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)及其力矩補(bǔ)償控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，包括：S1，對(duì)同步電機(jī)的三相電流進(jìn)行采樣；S2，獲得直軸電流Id和交軸電流Iq；S3，獲得轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度，對(duì)轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度進(jìn)行卡爾曼濾波處理獲得濾波后的速度和濾波后的加速度；S4，根據(jù)濾波后的加速度、直軸電流Id和交軸電流Iq計(jì)算補(bǔ)償電流Iq_com；S5，獲得交軸目標(biāo)電流Iqref，并獲得直軸電壓Vd，以及獲得交軸電壓Vq；S6，獲得三相電壓，并根據(jù)三相電壓對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行控制。本發(fā)明的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法可以降低計(jì)算的復(fù)雜性，減小相位滯后，還可以有效的降低噪聲和抑制振動(dòng)，提高同步電機(jī)的速度的平穩(wěn)性。本發(fā)明還公開一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)。
【專利說明】同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)及其力矩補(bǔ)償控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)及其控 制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高，用戶對(duì)電器設(shè)備的舒適性提出了更高的要 求。對(duì)于家用電器和電動(dòng)汽車而言，噪聲性能是衡量系統(tǒng)性能的一個(gè)重要方面，而力矩波動(dòng) 是永磁同步電機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要來源之一，因此，減小力矩波動(dòng)是降低永磁同步電機(jī)噪聲 的有效手段之一。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于減小電機(jī)的力矩波動(dòng)有以下方案，方案1，通過建立基于諧波的 電機(jī)電壓平衡方程對(duì)6次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，能夠使6次諧波明顯減小，但是該方案計(jì)算量較 大，而且只是對(duì)固定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償，應(yīng)用范圍存在局限；方案2,通過對(duì)電流和電壓幅值 和相位進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到減小低速力矩波動(dòng)的目的，但是該方案的算法相對(duì)復(fù)雜，計(jì)算量大； 方案3和方案4,提出一種電機(jī)定位力矩的力矩補(bǔ)償方案，減小了電機(jī)的力矩波動(dòng)，增加了 電機(jī)速度的平穩(wěn)性，但上述兩種方案只針對(duì)電機(jī)的齒槽效應(yīng)引起的定位力矩波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ) 償，應(yīng)用范圍也存在局限；方案5,將多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償，該方 案的算法十分復(fù)雜，計(jì)算量大，很難滿足工程實(shí)時(shí)性要求。方案6,提出一種工程易實(shí)現(xiàn)的力 矩補(bǔ)償方案，但是，該方案只針對(duì)表貼式電機(jī)，應(yīng)用范圍存在局限，而且加速度由速度經(jīng)過 低通濾波得到，相位滯后較大。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)是：加速度相位滯后大，算法復(fù)雜，計(jì)算量大，難以 滿足工程實(shí)時(shí)性要求，應(yīng)用范圍存在局限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)加 速度的相位滯后小，計(jì)算簡單，芯片資源占用率低，能夠滿足工程實(shí)時(shí)性要求，并且硬件成 本低，應(yīng)用范圍廣。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，該方法可以有 效的抑制同步電機(jī)的力矩波動(dòng)，提高其速度的平穩(wěn)性，從而達(dá)到降低同步電機(jī)的振動(dòng)和噪 聲的目的。
[0008] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面實(shí)施例提出一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)， 該同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)包括：電流采樣模塊，用于采樣所述同步電機(jī)的三相電流 la、lb、Ic;位置估計(jì)器，用于估計(jì)所述同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置以獲得轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度；卡 爾曼濾波模塊，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度進(jìn)行卡爾曼濾波處理以獲得濾波后的速度和濾 波后的加速度；速度校正模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)速度對(duì)所述濾波后的速度進(jìn)行速度校正 以獲得交軸目標(biāo)電流Iqref;第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述三相電流la、lb、Ic進(jìn)行坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換以獲得直軸電流Id和交軸電流Iq;電流補(bǔ)償計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述濾波后的加速 度、所述直軸電流Id和交軸電流Iq計(jì)算補(bǔ)償電流;電流校正模塊，用于根據(jù)直軸目標(biāo) 電流Idref和所述直軸電流Id進(jìn)行d軸電流校正以獲得直軸電壓Vd，并根據(jù)所述交軸目標(biāo) 電流Iqref、所述交軸電流Iq和所述補(bǔ)償電流進(jìn)行q軸電流校正以獲得交軸電壓Vq; 第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述直軸電壓Vd和交軸電壓Vq進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得控制所述 同步電機(jī)的三相電壓Va、Vb、Vc。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，通過卡爾曼濾波模塊對(duì)轉(zhuǎn)子 的估計(jì)角度進(jìn)行卡爾曼濾波處理以獲得濾波后的速度和濾波后的加速度，以及通過電流補(bǔ) 償計(jì)算模塊獲得補(bǔ)償電流，進(jìn)而進(jìn)行力矩補(bǔ)償，可以降低同步電機(jī)的噪聲和抑制同步電機(jī) 的振動(dòng)，提高同步電機(jī)速度的平穩(wěn)性。此外，該力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)的加速度的相位滯后小， 芯片資源占用率和硬件成本低，能夠滿足工程實(shí)時(shí)性要求，應(yīng)用范圍廣。
[0010] 其中，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述卡爾曼濾波模塊用于離線計(jì)算卡爾曼增益。
[0011] 卡爾曼濾波模塊通過離線計(jì)算卡爾曼增益可以降低計(jì)算的復(fù)雜性，因此，芯片資 源占用率低，能夠滿足工程實(shí)時(shí)性要求。
[0012] 具體地，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述卡爾曼濾波模塊的增益矩陣可以根據(jù)

【權(quán)利要求】
1. 一種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，包括： 電流采樣模塊，用于采樣所述同步電機(jī)的三相電流la、lb、Ic ; 位置估計(jì)器，用于估計(jì)所述同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置以獲得轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度； 卡爾曼濾波模塊，用于對(duì)所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度進(jìn)行卡爾曼濾波處理以獲得濾波后的速 度和濾波后的加速度； 速度校正模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)速度對(duì)所述濾波后的速度進(jìn)行速度校正以獲得交軸 目標(biāo)電流Iqref ; 第一坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述三相電流la、lb、Ic進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得直軸電流Id 和交軸電流Iq; 電流補(bǔ)償計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述濾波后的加速度、所述直軸電流Id和交軸電流Iq計(jì) 算補(bǔ)償電流; 電流校正模塊，用于根據(jù)直軸目標(biāo)電流Idref和所述直軸電流Id進(jìn)行d軸電流校正以 獲得直軸電壓Vd，并根據(jù)所述交軸目標(biāo)電流Iqref、所述交軸電流Iq和所述補(bǔ)償電流Iq _ 進(jìn)行q軸電流校正以獲得交軸電壓Vq ; 第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述直軸電壓Vd和交軸電壓Vq進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得控制 所述同步電機(jī)的三相電壓Va、Vb、Vc。
2. 如權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述卡爾曼濾波 模塊離線計(jì)算卡爾曼增益。
3. 如權(quán)利要求2所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述卡爾曼濾波 模塊的增益矩陣根據(jù)以下公式計(jì)算得到： Kklt_^ Pk^l C^(CkPmCf+RkY1 其中，Rk為觀測噪聲方差，Ck為觀測矩陣，C/為Ck的轉(zhuǎn)置矩陣，K kllrt為所述卡爾曼濾 波模塊的增益矩陣，PiM根據(jù)公式以^ =為/V1 +ft確定，Ak為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，P k為協(xié) 方差矩陣，Qk為系統(tǒng)模型噪聲的方差矩陣，A〖為Ak的轉(zhuǎn)置矩陣。
4. 如權(quán)利要求3所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述卡爾曼濾波 模塊的濾波方程為： Λ Λ Λ Xaia- = XkiA-i+ Kk(Yt - Ck XW-i) 其中，為濾波后的狀態(tài)向量，Yk根據(jù)公式Y(jié)k=CkXk+v k確定，Xk為狀態(tài)向量，vk為觀測 噪聲序列，據(jù)公式Xi1H = 確定。
5. 如權(quán)利要求3所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述卡爾曼濾波 模塊的濾波方差根據(jù)以下公式計(jì)算得到： Pu^(Z-KkCk)Pkk ^l-KkCk)' +KkRkKl 其中，Pwt為所述卡爾曼濾波模塊的濾波方差，I為單位矩陣。
6. 如權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電流補(bǔ)償計(jì) 算模塊根據(jù)以下公式計(jì)算所述補(bǔ)償電流: Iq_com=TL/Kt 其中，負(fù)載力矩T^-Ja，Te為電磁力矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，a為角加速度，Kt為力矩常數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換模塊包括： 逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度對(duì)所述直軸電壓Vd和交軸電壓 Vq進(jìn)行逆park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得兩相電壓Valpha、Vbeta ; 逆clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)所述兩相電壓Valpha、Vbeta進(jìn)行逆clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 以獲得所述三相電壓Va、Vb、Vc。
8. 如權(quán)利要求7所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一坐標(biāo)轉(zhuǎn) 換模塊包括： clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)所述三相電流la、lb、Ic進(jìn)行clarke坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得兩 相電流 Ialpha、Ibeta ; park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度對(duì)所述兩相電流Ialpha、Ibeta進(jìn) 行park坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得所述直軸電流Id和交軸電流Iq。
9. 如權(quán)利要求7所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置估計(jì)器 用于根據(jù)所述兩相電壓Valpha、Vbeta和所述兩相電流Ialpha、Ibeta估計(jì)所述同步電機(jī)的 轉(zhuǎn)子的位置以獲得所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度。
10. -種同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于，包括以下步驟： Sl，對(duì)所述同步電機(jī)的三相電流la、lb、Ic進(jìn)行采樣； 52, 對(duì)所述三相電流la、lb、Ic進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得直軸電流Id和交軸電流Iq ; 53, 估計(jì)所述同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置以獲得轉(zhuǎn)子的估計(jì)角度，并對(duì)所述轉(zhuǎn)子的估計(jì)角 度進(jìn)行卡爾曼濾波處理以獲得濾波后的速度和濾波后的加速度； 54, 根據(jù)所述濾波后的加速度、所述直軸電流Id和交軸電流Iq計(jì)算補(bǔ)償電流Iq。" ; S5，根據(jù)所述目標(biāo)速度對(duì)所述濾波后的速度進(jìn)行速度校正以獲得交軸目標(biāo)電流Iqref， 并根據(jù)直軸目標(biāo)電流Idref和所述直軸電流Id進(jìn)行d軸電流校正以獲得直軸電壓Vd，以及 根據(jù)所述交軸目標(biāo)電流Iqref、所述交軸電流Iq和所述補(bǔ)償電流k。》進(jìn)行q軸電流校正以 獲得交軸電壓Vq ; S6,對(duì)所述直軸電壓Vd和交軸電壓Vq進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以獲得三相電壓Va、Vb、Vc，并根 據(jù)所述三相電壓Va、Vb、Vc對(duì)所述同步電機(jī)進(jìn)行控制。
11. 如權(quán)利要求10所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于，在步驟S3中，通 過離線計(jì)算卡爾曼增益。
12. 如權(quán)利要求11所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于，根據(jù)以下公式 計(jì)算卡爾曼增益矩陣： K41^1 ^ C1k (Ck Pk^ C7k + RkT1 其中，Rk為觀測噪聲方差，Ck為觀測矩陣，C/為Ck的轉(zhuǎn)置矩陣，K kllrt為所述卡爾曼增 益矩陣，Pm#據(jù)公式PilH = Pu 4 +?確定，Ak為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Pk為協(xié)方差矩陣，Qk 為系統(tǒng)模型噪聲的方差矩陣，A【為Ak的轉(zhuǎn)置矩陣。
13. 如權(quán)利要求12所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于，根據(jù)以下公式 計(jì)算卡爾曼濾波方程： Λ Λ A Xkit = Xkik^l+Kk(Yt - Ck XkIi-I) 其中，Xili為濾波后的狀態(tài)向量，Yk根據(jù)公式Y(jié)k=ckx k+vk確定，Xk為狀態(tài)向量，Vk為觀測 噪聲序列，根據(jù)公式Xjtp = 確定。
14. 如權(quán)利要求12所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于，根據(jù)以下公式 計(jì)算卡爾曼濾波方差： Pm ^(/-K,Ck)Pkk ^I-KkCkY +KkRkKl 其中，Pi1it為所述卡爾曼濾波方差，I為單位矩陣。
15. 如權(quán)利要求10所述的同步電機(jī)的力矩補(bǔ)償控制方法，其特征在于，根據(jù)以下公式 計(jì)算所述補(bǔ)償電流: Iq_com=TL/Kt 其中，負(fù)載力矩T^-Ja，Te為電磁力矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，a為角加速度，Kt為力矩常數(shù)。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK104518722SQ201310465457
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】楊輝 申請(qǐng)人:廣東美的制冷設(shè)備有限公司