技術(shù)特征：

1.一種基于EKF的無(wú)傳感器超高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)電機(jī)三相電流i_a、i_b、i_c、三相電壓u_a、u_b、u_c，采用基于EKF的無(wú)傳感器超高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法得到電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值ω，將其與轉(zhuǎn)速設(shè)定值ω^*比較，計(jì)算誤差值，經(jīng)過(guò)PID控制器確定轉(zhuǎn)矩設(shè)定值T_e^*；

步驟2、根據(jù)電機(jī)三相電流i_a、i_b、i_c、三相電壓u_a、u_b、u_c進(jìn)行轉(zhuǎn)矩和磁鏈值估計(jì)，得到定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩反饋值ψ_e、T_e，與定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩設(shè)定值比較，計(jì)算出磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差；

步驟3、根據(jù)步驟2確定的磁鏈誤差和轉(zhuǎn)矩誤差，通過(guò)模糊PID控制器輸出信號(hào)模糊PID控制器參數(shù)基于模糊規(guī)則對(duì)參數(shù)進(jìn)行自整定；

步驟4、根據(jù)步驟3輸出的信號(hào)根據(jù)SVPWM控制技術(shù)確定磁鏈區(qū)間，確定基本電壓矢量及其工作時(shí)間，進(jìn)而確定出電壓空間矢量的切換點(diǎn)，結(jié)合逆變器，對(duì)電機(jī)進(jìn)行PWM控制；

步驟5、重復(fù)步驟1～步驟4，直至電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定指標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EKF的無(wú)傳感器超高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征在于，步驟1中采用基于EKF的無(wú)傳感器超高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法得到電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)值ω，具體為：

步驟1-1、根據(jù)電機(jī)模型，輸出三相靜止電流信號(hào)i_a、i_b、i_c，三相電壓信號(hào)u_a、u_b、u_c；

步驟1-2、將三相電流信號(hào)、三相電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)3s/2s(CLARKE)變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系αβ下的電流信號(hào)i_α、i_β，電壓信號(hào)u_α、u_β；

步驟1-3、根據(jù)電機(jī)參數(shù)，建立電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系αβ下的跟蹤模型，具體表達(dá)式為：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{\α}}}{dt}=-\frac{R}{L}{i}_{\mathrm{\α}}+\frac{u_{\mathrm{\α}}}{L}+\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\mathrm{\ω}\sin \mathrm{\θ}\\ \frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{\β}}}{dt}=-\frac{R}{L}{i}_{\mathrm{\β}}+\frac{u_{\mathrm{\β}}}{L}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}\\ \frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=\frac{n_p}{J}\left(T_e-T_l-\frac{B}{n_p}\mathrm{\ω}\right)=\frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f}{2J}\left(i_{\mathrm{\β}}\cos \mathrm{\θ}-i_{\mathrm{\α}}\sin \mathrm{\θ}\right)-\frac{B\mathrm{\ω}}{J}-\frac{n_p{T}_l}{J}\\ \frac{d\mathrm{\θ}}{dt}=\mathrm{\ω}\end{array}\right.$

其中，R為電子電阻，L為定子電感在旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的等效電感，J為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為阻尼系數(shù)，n_p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，θ為轉(zhuǎn)子的角度，ω為轉(zhuǎn)子的角速度，ψ_f為轉(zhuǎn)子磁鏈，T_l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩，i_α、i_β為兩相靜止坐標(biāo)系αβ下的定子電流值，u_α、u_β為兩相靜止坐標(biāo)系αβ下的定子電壓值；

步驟1-4、選取狀態(tài)變量x＝[i_α i_β ω θ]^T，輸入量V＝[u_α u_β T_l]^T，輸出量y＝[i_α i_β]^T，則將上述數(shù)學(xué)模型表達(dá)式寫(xiě)成非線性狀態(tài)方程形式，具體表達(dá)式為：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=f\left(x\left(t\right)\right)+B\·V+\mathrm{\δ}\\ y\left(t\right)=Cx\left(t\right)+\mathrm{\μ}\end{array}\right.$

其中：

$f\left(x\right(t\left)\right)=\left[\begin{array}{c}{f}_1\\ f_2\\ f_3\\ f_4\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{R}{L}{i}_{\mathrm{\α}}+\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\mathrm{\ω}sin\mathrm{\θ}\\ -\frac{R}{L}{i}_{\mathrm{\β}}-\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\mathrm{\ω}cos\mathrm{\θ}\\ \frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f}{2J}(i_{\mathrm{\β}}\cos \mathrm{\θ}-i_{\mathrm{\α}}sin\mathrm{\θ})-\frac{B\mathrm{\ω}}{J}-\frac{n_p{T}_l}{J}\\ \mathrm{\ω}\end{array}\right]$

$B=\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{L}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{L}& 0\\ 0& 0& -\frac{n_p}{J}\\ 0& 0& 0\end{array}\right]$

$C=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\end{array}\right]$

δ為系統(tǒng)噪聲，μ為測(cè)量噪聲，均為零均值白噪聲，與系統(tǒng)狀態(tài)和采樣時(shí)間無(wú)關(guān)，其方差矩陣分別為Q、R；

步驟1-5、將步驟1-4中狀態(tài)非線性狀態(tài)方程線性處理，得到的線性狀態(tài)方程為：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{x}\left(t\right)=F\left(x\right(t\left)\right)\mathrm{\Δ}x\left(t\right)+B\·V+\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}y\left(t\right)=C\mathrm{\Δ}x\left(t\right)+\mathrm{\μ}\end{array}\right.$

其中，F(xiàn)(x)是f(x)線性化得到的雅克比矩陣，具體表達(dá)式為：

$F\left(x\left(t\right)\right)=\frac{\∂f}{\∂x}{|}_{x=x\left(t\right)}=\left[\begin{array}{cccc}-\frac{R}{L}& 0& \frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\sin \mathrm{\θ}& \frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}\\ 0& -\frac{R}{L}& -\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\cos \mathrm{\θ}& \frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L}\mathrm{\ω}\sin \mathrm{\θ}\\ -\frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f}{2J}\sin \mathrm{\θ}& \frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f}{2J}\cos \mathrm{\θ}& -\frac{B}{J}& -\frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f}{2J}\left(i_{\mathrm{\β}}\sin \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{\α}}\cos \mathrm{\θ}\right)\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]$

步驟1-6、將步驟1-5中線性狀態(tài)方程進(jìn)行離散化處理，采樣周期為T(mén)，得到離散化狀態(tài)方程，具體表達(dá)式為：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}x(k+1)=\mathrm{\Φ}\left(k\right)\mathrm{\Δ}x\left(k\right)+B\left(k\right)\·V\left(k\right)+\mathrm{\δ}\left(k\right)\\ \mathrm{\Δ}y\left(k\right)=C\left(k\right)\mathrm{\Δ}x\left(k\right)+\mathrm{\μ}\left(k\right)\end{array}\right.$

其中，

$\mathrm{\Φ}\left(k\right)=e^{F\left(x\right)T}\≈I+F\left(x\right)T=\left[\begin{array}{cccc}1-\frac{R}{L}T& 0& \frac{{\mathrm{\ψ}}_f\sin \mathrm{\θ}}{L}T& \frac{{\mathrm{\ψ}}_f\mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}}{L}T\\ 0& 1-\frac{R}{L}T& -\frac{{\mathrm{\ψ}}_f\cos \mathrm{\θ}}{L}T& \frac{{\mathrm{\ψ}}_f\mathrm{\ω}\sin \mathrm{\θ}}{L}T\\ -\frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f\sin \mathrm{\θ}}{2J}T& \frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f\cos \mathrm{\θ}}{2J}T& 1-\frac{B}{J}T& -\frac{3n_p^2{\mathrm{\ψ}}_f}{2J}T\left(i_{\mathrm{\β}}\sin \mathrm{\θ}+i_{\mathrm{\α}}\cos \mathrm{\θ}\right)\\ 0& 0& T& 1\end{array}\right]$

$B\left(k\right)=\underset{0}{\overset{T}{\∫}}{e}^{F\left(x\right)T}dtB\≈BT=\left[\begin{array}{ccc}\frac{T}{L}& 0& 0\\ 0& \frac{T}{L}& 0\\ 0& 0& -\frac{n_p}{J}T\\ 0& 0& 0\end{array}\right]$

步驟1-7、初始化噪聲方差矩陣Q、R和狀態(tài)x，并定義一個(gè)協(xié)方差矩陣P，設(shè)置初始值，其中Q、R、P均為對(duì)角矩陣，將離散化狀態(tài)方程和上述初始化結(jié)果帶入擴(kuò)展卡爾曼濾波器EKF遞歸算法進(jìn)行遞歸循環(huán)處理，實(shí)時(shí)更新P和卡爾曼最優(yōu)增益K，最終動(dòng)態(tài)更新?tīng)顟B(tài)變量x＝[x₁,x₂,x₃,x₄]^T，完成在動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω＝x₃。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于EKF的無(wú)傳感器超高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征在于，步驟1-7中利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器EKF遞歸算法進(jìn)行遞歸循環(huán)處理具體為：

步驟1-7-1、初始化狀態(tài)變量x＝[x₁,x₂,x₃,x₄]^T，協(xié)方差矩陣P，噪聲方差矩陣Q、R；

步驟1-7-2、根據(jù)k-1時(shí)刻的狀態(tài)結(jié)合k-1時(shí)刻的輸入量V(k-1)，預(yù)測(cè)k時(shí)刻的先驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)值

$\hat{x}\left(k\right|k-1)=\hat{x}(k-1)+\mathrm{\Δ}x=\hat{x}(k-1)+\left(f\right(\hat{x}\left(k-1\right))+BV(k-1\left)\right)*T$

步驟1-7-3、根據(jù)電機(jī)離散化線性方程，計(jì)算先驗(yàn)估計(jì)的方差矩陣P(k|k-1)：

P(k|k-1)＝Φ(k)P(k-1)Φ^T(k)+Q

其中，P(k-1)為k-1時(shí)刻的后驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差；

步驟1-7-4、求出卡爾曼最優(yōu)增益K(k)：

K(k)＝P(k|k-1)C^T/(CP(k|k-1)C^T+R)

步驟1-7-5、結(jié)合當(dāng)前測(cè)量值y(k)，更新修正后驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)值輸出轉(zhuǎn)速估計(jì)值位置信息其中：

$\hat{x}\left(k\right)=\hat{x}\left(k\right|k-1)+K\left(k\right)\left(y\right(k)-C\hat{x}(k|k-1\left)\right)$

$\hat{x}\left(k\right)==\left[\begin{array}{c}{\hat{x}}_1\left(k\right)\\ {\hat{x}}_2\left(k\right)\\ {\hat{x}}_3\left(k\right)\\ {\hat{x}}_4\left(k\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\hat{i}}_{\mathrm{\α}}\left(k\right)\\ {\hat{i}}_{\mathrm{\β}}\left(k\right)\\ \widehat{\mathrm{\ω}}\left(k\right)\\ \widehat{\mathrm{\θ}}\left(k\right)\end{array}\right]$

步驟1-7-6、更新后驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差P(k)：

P(k)＝(I-K(k))P(k|k-1)

步驟1-7-7、令k＝k+1，重復(fù)上述過(guò)程，直至估計(jì)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)為止。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的基于EKF的無(wú)傳感器超高速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，其特征在于，

永磁同步電機(jī)參數(shù)為：電子電阻R＝0.8，電感L＝0.534mH，轉(zhuǎn)子磁鏈ψ_f＝0.043Vs，機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J＝1.75×10^-4Kgm²，阻尼系數(shù)B＝1.345×10^-6Kgm²，電機(jī)極對(duì)數(shù)n_p＝1，速度設(shè)定值ω＝13000r/min，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T_l＝0；速度PID控制器參數(shù)為：K_p＝7,K_i＝0.1；模糊PID控制器參數(shù)初始值K_p＝1000,K_i＝500,K_d＝0；EKF中，設(shè)定P的初始值為diag[0.1 0.1 0.0001 10]，Q＝diag[0.3 0.3 10 0.0005]、R＝diag[20 20]，T＝1e^-7s。