技術(shù)特征：

1.一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：交流永磁同步電機檢測輸出三相電流i_a、i_b和i_c；

步驟2：三相電流i_a、i_b和i_c經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β下的兩相定子電流i_α和i_β；

步驟3：兩相定子電流i_α和i_β經(jīng)過Park變換，輸出兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q下的兩相電流i_d和i_q；

步驟4：將轉(zhuǎn)子參數(shù)估算模塊內(nèi)的全維觀測器中估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值乘以一常數(shù)得到估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，并將估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與實際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n*進行作差，差值通過模糊控制器PI調(diào)節(jié)后輸出參考轉(zhuǎn)矩

步驟5：將輸出參考轉(zhuǎn)矩通過最大轉(zhuǎn)矩電流比控制后得到q軸參考電流與步驟3中得到的電流i_q進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出q軸參考電壓u_q；

步驟6：將輸出參考轉(zhuǎn)矩通過最大轉(zhuǎn)矩電流比控制后得到d軸參考電流與步驟3中得到的電流i_d進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出d軸參考電壓u_d；

步驟7：將步驟5中輸出的q軸參考電壓u_q和步驟6中輸出的d軸參考電壓u_d經(jīng)過Park反變換，輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β下的兩相控制電壓u_α和u_β；

步驟8：將步驟2中所得的兩相定子電流i_α和i_β、注入的旋轉(zhuǎn)兩相高頻電壓信號u_asi和u_βsi與交流永磁同步電機輸出的轉(zhuǎn)矩T_e一并輸入轉(zhuǎn)子參數(shù)估算模塊內(nèi)進行估算處理，估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值和轉(zhuǎn)子位置的估計值

步驟9：將步驟7中的兩相控制電壓u_α和u_β與注入的旋轉(zhuǎn)兩相高頻電壓信號u_asi和u_βsi進行疊加后進行空間矢量調(diào)制，輸出PWM波形至逆變器，逆變器向永磁同步電機輸入三相電壓u_a、u_b和u_c，從而控制永磁同步電機。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟4中，具體包括以下步驟：

步驟41：將估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與實際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速給定值n*進行作差運算得到精確值e，精確值e經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入模糊控制器；

步驟42：將步驟41中得到的數(shù)字量經(jīng)過模糊控制器模糊處理后輸出精確值u；

步驟43：將步驟42中的精確值u經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并輸出參考轉(zhuǎn)矩

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟42中，具體包括以下步驟：

步驟421：將步驟41中的數(shù)字量經(jīng)過模糊量化處理，得到一模糊值e；

步驟422：將模糊值e結(jié)合模糊控制規(guī)則R根據(jù)推理合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量u，模糊值u＝e*R；

步驟423：將模糊值u進行去模糊化處理，得到精確值u。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟8中，具體包括以下步驟：

步驟81：將步驟2中所得的兩相定子電流i_α和i_β通過同步旋轉(zhuǎn)高通濾波器后，剩下的電流分量只包含高頻電流負序成分i_αi-in和i_βi-in；

步驟82：將步驟81得到的高頻電流負序成分i_αi-in和i_βi-in與外部注入的旋轉(zhuǎn)兩相高頻電壓信號u_asi和u_βsi一并作為外差法的輸入，然后用外差法得出轉(zhuǎn)子位置的誤差角度θ_e；

步驟83：將得到的誤差角度θ_e與交流永磁同步電機輸出的轉(zhuǎn)矩T_e一并輸入全維觀測器進行估算處理，得到估計角度和估計速度

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟81中，具體包括以下步驟：

首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中的數(shù)學(xué)模型：

u_βs＝R_Si_βs+Pψ_βs (1)

u_αs＝R_Si_αs+Pψ_αs (2)

式中，u_αs和u_βs為兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中電壓，R_s為定子電阻，i_αs和i_βs為兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中電流，P為微分算子，ψ_αs和ψ_βs代表定子磁鏈；

其中，磁鏈方程為：

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\β}s}\\ {\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{\α}s}\end{array}\right]=L_s\left(2{\mathrm{\θ}}_r\right)\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\β}s}\\ i_{\mathrm{\α}s}\end{array}\right]+L_{sr}\left({\mathrm{\θ}}_r\right)\left[\begin{array}{c}{i}_Q\\ i_D\end{array}\right]+{\mathrm{\ψ}}_f\left[\begin{array}{c}sin{\mathrm{\θ}}_r\\ {\mathrm{cos\θ}}_r\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中：

$L_s\left(2{\mathrm{\θ}}_r\right)=\left[\begin{array}{cc}L+\mathrm{\Δ}L{\mathrm{cos\θ}}_r& -L{\mathrm{sin\θ}}_r\\ -L{\mathrm{sin\θ}}_r& L-\mathrm{\Δ}L{\mathrm{cos\θ}}_r\end{array}\right]---\left(4\right)$

$L_{sr}\left({\mathrm{\θ}}_r\right)=\left[\begin{array}{cc}{L}_{mq}{\mathrm{cos\θ}}_r& L_{md}{\mathrm{sin\θ}}_r\\ -L_{mq}{\mathrm{sin\θ}}_r& L_{md}{\mathrm{cos\θ}}_r\end{array}\right]---\left(5\right)$

式中，為平均電感，為調(diào)制電感，θ_r為d軸領(lǐng)先A相相軸的空間電角度，L_md、L_mq為阻尼繞組歸算到定子側(cè)的d、q分量，i_Q、i_D分別為歸算后的轉(zhuǎn)子交、直軸阻尼繞組電流，ψ_f代表轉(zhuǎn)子永磁磁鏈。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟81中，通過同步旋轉(zhuǎn)高通濾波器后，剩下的電流分量只含高頻電流負序成分，其矢量表達式為：

$i_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}i-in}=i_{in}{e}^{j(2{\mathrm{\θ}}_r-{\mathrm{\θ}}_i+\mathrm{\π}/2)}---\left(6\right)$

式中，θ_r為d軸領(lǐng)先A相相軸的空間電角度，θ_i＝ω_it，ω_i代表該注入電壓信號的角頻率，θ_i代表該注入電壓信號的角度，i_in代表電流負序的幅值。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟82中，注入的電壓信號：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}si}\\ u_{\mathrm{\β}si}\end{array}\right]=U_{si}\left[\begin{array}{c}-sin\left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\\ \cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\end{array}\right]=U_{si}{e}^{{\mathrm{j\ω}}_{i}t}---\left(7\right)$

式中，U_si代表在靜止坐標(biāo)系上注入高頻旋轉(zhuǎn)電壓的幅值，ω_i代表注入電壓信號u_αsi的角頻率；

載波信號注入后，電機坐標(biāo)下的電壓方程為：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}s}\\ u_{\mathrm{\β}s}\end{array}\right]=U_{se}\left[\begin{array}{c}cos\left({\mathrm{\ω}}_{r}t\right)\\ -sin\left({\mathrm{\ω}}_{r}t\right)\end{array}\right]+U_{si}\left[\begin{array}{c}cos\left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\\ -sin\left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\end{array}\right]=U_{se}{e}^{{\mathrm{j\ω}}_{r}t}+U_{si}{e}^{{\mathrm{j\ω}}_{i}t}---\left(8\right)$

式中，U_se代表正序電流幅值，ω_r代表轉(zhuǎn)子角頻率；

在此高頻電壓注入下，產(chǎn)生的電流將由三部分組成：第一部分是與注入的電壓旋轉(zhuǎn)方向相同的正序電流，第二部分是與旋轉(zhuǎn)電壓方向相反的負序電流，第三部分是由三相繞組不對稱產(chǎn)生的零序電流，電流響應(yīng)可以表示為：

$i_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}si}=i_{ip}{e}^{j\left({\mathrm{\θ}}_i-\mathrm{\π}/2\right)}+i_{in}{e}^{j\left(2{\mathrm{\θ}}_r-{\mathrm{\θ}}_i+\mathrm{\π}/2\right)}---\left(9\right)$

其中，

式中，θ_r為d軸領(lǐng)先A相相軸的空間電角度，θ_i代表該注入電壓信號的角頻率為ω_i，i_in代表電流負序的幅值，U_si代表在靜止坐標(biāo)系上注入高頻旋轉(zhuǎn)電壓的幅值，ω_i代表注入電壓信號的角頻率，L代表平均電感，ΔL代表空間調(diào)制電感；

從公式(8)中得出，只有高頻響應(yīng)電流的負序成分中含有轉(zhuǎn)子位置信息，通過濾波器將電源產(chǎn)生的頻率成分和正序電流分量濾除，然后用外差法得出轉(zhuǎn)子位置的誤差角度θ_e，再利用全維觀測器提取出轉(zhuǎn)子位置信息。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟82中，將公式(9)中i_αi、i_βi分別乘以和然后作差：

${\mathrm{\θ}}_e=i_{\mathrm{\β}i}cos(2\widehat{{\mathrm{\θ}}_r}-{\mathrm{\ω}}_{i}t)-i_{\mathrm{\α}i}sin(2\widehat{{\mathrm{\θ}}_r}-{\mathrm{\ω}}_{i}t)=I_{i0}sin\[2({\mathrm{\ω}}_{i}t-\widehat{{\mathrm{\θ}}_r})\]+I_{i1}sin\[2({\mathrm{\θ}}_r-\widehat{{\mathrm{\θ}}_r})\]---\left(10\right)$

式中，θ_r為d軸領(lǐng)先A相相軸的空間電角度，代表高頻電壓注入法獲得的轉(zhuǎn)子初判角，ω_i代表注入電壓信號的角頻率；

其中，第一項為含電流的高頻分量，第二項為僅含轉(zhuǎn)子位置的信息，通過低通濾波可得轉(zhuǎn)子位置的誤差信號，從而：

${\mathrm{\θ}}_e=I_{i1}sin\[2({\mathrm{\θ}}_r-\widehat{{\mathrm{\θ}}_r})\]---\left(11\right)$

在角度誤差很小的情況下，

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\≈\frac{1}{2}sin\[2({\mathrm{\θ}}_r-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_r)\].---\left(12\right)$

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟83中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值通過以下公式求得：

交流永磁同步電機的運動方程可以表示為：

$\frac{{\mathrm{d\ω}}_r}{dt}=\frac{T_e-T_L}{J}=a---\left(13\right)$

式中,J為轉(zhuǎn)動慣量，T_L代表負載轉(zhuǎn)矩；

電機轉(zhuǎn)子在一個采樣周期T_s上的角位移公式是:

$\mathrm{\θ}(t_0+T)-\mathrm{\θ}\left(t_0\right)=\mathrm{\ω}\left(t_0\right)T+\frac{1}{2}{\mathrm{aT}}^2---\left(14\right)$

式中，t₀代表轉(zhuǎn)子開始時間，T代表轉(zhuǎn)子經(jīng)過時間；

采樣周期很短，上式表示為:

$\stackrel{\·}{{\mathrm{\θ}}_r}={\mathrm{\ω}}_r+\frac{1}{2}aT---\left(15\right)$

式中，ω_r代表轉(zhuǎn)子角速度；

由式(13)和(15)可以得到：

$\stackrel{\·}{{\mathrm{\θ}}_r}={\mathrm{\ω}}_r+\frac{1}{2}\frac{(T_e-T_L)}{J}---\left(16\right)$

電機系統(tǒng)中負載變換緩慢，所以可認為：

$\frac{{\mathrm{dT}}_L}{dt}=0---\left(17\right)$

將式(13)、(16)及(17)改寫成矩陣形式:

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\widehat{{\mathrm{\θ}}_r}}\\ \stackrel{\·}{\widehat{{\mathrm{\ω}}_r}}\\ \stackrel{\·}{\widehat{T_L}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& 1& -\frac{T}{2J}\\ 0& 0& -\frac{1}{J}\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\widehat{{\mathrm{\θ}}_r}\\ \widehat{{\mathrm{\ω}}_r}\\ \widehat{T_L}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\frac{T}{2J}\\ \frac{1}{J}\\ 0\end{array}\right]\widehat{T_e}+\left[\begin{array}{c}{l}_1\\ l_2\\ l_3\end{array}\right]({\mathrm{\θ}}_r-\widehat{{\mathrm{\θ}}_r})---\left(18\right)$

式中，l₁、l₂和l₃三個表示的是在觀測器中的增益值；

通過極點配置的方式來設(shè)置合理的全維觀測器，離散化后的全維觀測器方程為：

$\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_r(k+1)\\ {\widehat{\mathrm{\ω}}}_r(k+1)\\ {\hat{T}}_L(k+1)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& T& -\frac{T^2}{2J}\\ 0& 0& -\frac{T}{J}\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\widehat{\mathrm{\θ}}}_r\left(k\right)\\ {\widehat{\mathrm{\ω}}}_r\left(k\right)\\ {\hat{T}}_L\left(k\right)\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\frac{T}{2J}\\ \frac{1}{J}\\ 0\end{array}\right]\widehat{T_e}\left(k\right)+\left[\begin{array}{c}{l}_1\\ l_2\\ l_3\end{array}\right]T\left({\mathrm{\θ}}_r\right(k)-\widehat{{\mathrm{\θ}}_r}(k\left)\right)---\left(19\right)$

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于旋轉(zhuǎn)高頻注入法和模糊PI控制的無速度傳感器控制方法，其特征在于，在步驟8中，向兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中注入高頻旋轉(zhuǎn)電壓信號u_asi和u_βsi為：

u_asi＝v_si sinω_it (20)

u_βsi＝v_si cosω_it (21)

其中，v_si是注入的高頻電壓信號的幅值,ω_i為注入的高頻電壓信號的角頻率。