技术领域
[0001] 本发明属于永磁同步电机无速度传感器领域，更具体地，涉及一种基于模型参考自适应的永磁同步电机无速度传感器控制算法自适应率参数整定。
相关背景技术
[0002] 永磁同步电机因其功率密度高、效率高、可靠性高及控制简单等优点被广泛应用于生产与生活中。在永磁同步电机磁场定向控制中，转速以及转子位置信息是必不可少的。然而，机械式传感器的安装会增加系统硬件的复杂性和成本，并且编码器的安装会增大电机轴向的长度。因此，实现永磁同步电机无速度传感器控制具有较高的实际应用价值，同时获得了国内外学者的大量关注。
[0003] 永磁同步电机无速度传感器控制方法主要分为以下几种算法：直接计算法、磁链观测器、扩展反电动势法、模型参考自适应法、滑模观测器法、高频谐波注入法等。模型参考自适应法其原理是通过比较可调模型与参考模型的输出，并通过一定的自适应律调整可调模型中的待辨识参数使两个模型的输出达到一致。目前，模型参考自适应算法自适应率参数没有一个合理的整定方法。
具体实施方式
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029] 本发明所提供的模型参考自适应算法自适应率参数评估方法能够有效的评估参数的合理性。
[0030] 如图1所示为本发明实施例提供的一种方法流程示意图，在图1所示的方法中，包括如下步骤：
[0031] S1：输入电机相关参数以及初始的自适应率参数；
[0032] S2：调整自适应率参数，如果首次进入循环则跳过此步骤；
[0033] S3：将可调模型线性化得到其传递函数，并计算系统开环传递函数的穿越截止频率；
[0034] S4：结合自动控制理论判断穿越截止频率是否满足要求，如不满足要求，则重复步骤S2～步骤S3；
[0035] S5：通过系统的开环传递函数及穿越截止频率计算相位裕度；
[0036] S6：结合自动控制理论判断穿越截止频率是否满足要求,，如不满足要求，则重复步骤S2～步骤S5；
[0037] S7：输出目标自适应率参数。
[0038] 在本发明实施例中的系统是由电机的可调模型以及自适应率参数构成。
[0039] 在本发明实施例中，步骤S1的具体实施方式为：
[0040] 需要输入的电机参数分别为：定子电阻Rs、定子等效电感Ls、转子磁链λm、转矩常数kT。初始自适应率参数可选取P参数kp为0.01～1，I参数ki为100～1000。
[0041] 作为一种可选的实施方式，可选取定子电阻Rs＝0.085Ω、定子等效电感Ls＝0.95mH、转子磁链λm＝0.192V*s、转矩常数kT＝1.152N*m/A。初始自适应率参数可选取P参数kp＝0.5，I参数ki＝500。
[0042] 在本发明实施例中，步骤S2的具体实现方式为：
[0043] 若所述穿越截止频率点处的幅值增益不满足要求，则需要减小自适应率的P参数，即令：
[0044] k′p＝kp/2 (1)
[0045] 其中，k′p为调整后自适应率的P参数。
[0046] 若相位裕度不满足要求，则需要减小自适应率的I参数，即令：
[0047] k′i＝ki/2 (2)
[0048] 其中，k′i为调整后自适应率的I参数。
[0049] 在本发明实施例中，如图2所示，步骤S3的具体实施方式为：
[0050] S3.1：对模型参考自适应算法线性化
[0051] 通过永磁同步电机的电流状态方程构造可调模型，并通过可调模型参考自适应算法的稳定性条件将可调模型参考自适应算法线性化，具体实现过程如下：
[0052] 首先，将两相旋转坐标系下的永磁同步电机数学模型变换为如下式(3)：
[0053]
[0054] 其中，p为微分算子、id和iq分别为定子侧d轴和q轴电流、ud和uq分别为定子侧d轴和q轴电压、ωr为转子角速度。
[0055] 重新定义电流状态方程：
[0056] pi＝Ai+Bu(4)
[0057] 其中：
[0058]
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 其中，i′d和i′q分别为定子侧d轴和q轴等效电流、u′d和u′q分别为定子侧d轴和q轴等效电压。构建可调模型如下式(9)：
[0063]
[0064] 其中：
[0065]
[0066]
[0067] 其中， 和 分别为定子侧d轴和q轴等效电流观测值、 为转子角速度观测值。联立上述方程可得：
[0068]
[0069] 其中， 为状态变量误差、 为转子角频率误差、J为常数矩阵：
[0070]
[0071] 模型参考自适应算法稳定性条件为：
[0072]
[0073] S3.2：计算系统的开环传递函数
[0074] 通过上述线性化过程计算得出原系统的传递函数GA(s)，在忽略转矩产生影响的情况下对其进行简化，并写出模型参考自适应算法的开环传递函数GOP(s)，具体实现方式如下：
[0075] 原系统的传递函数GA(s)为：
[0076]
[0077] 其中，Te表示电机电磁转矩。
[0078] 在实际工况中，由转矩产生的影响可以基本忽略不计，因此可以将传递函数GA(s)简化为：
[0079]
[0080] 因此，整个模型参考自适应算法的开环传递函数GOP(s)为：
[0081]
[0082] S3.3：结合古尔丹法计算穿越截止频率
[0083] 将开环传递函数从时域转换到频域下，令系统的幅值|Gop|为1得到，再计算开环系统的穿越截止频率，具体实现过程如下：
[0084] 将GOP(s)转换到频域下可得GOP(jω)：
[0085]
[0086] 在穿越截止频率点，系统的幅值为1，则令：
[0087]
[0088] 其中，ωc表示穿越截止频率。
[0089] 令：
[0090]
[0091] 可将式(19)简化为：
[0092] x3+bx2+cx+d＝0 (21)
[0093] 其中：
[0094]
[0095] 对于方程(21)可以运用古尔丹法可以解得：
[0096]
[0097] 其中：
[0098]
[0099] 在本发明实施例中，步骤S4的具体实施方式为：
[0100] 通过自动控制理论可知，系统开环传递函数的穿越截止频率点处的幅值增益应当为-20dB/dec。因此，穿越截止频率ωc需要满足如下表达式：
[0101]
[0102] 进一步地，为了能够使得全转速范围内都可实现模型参考自适应算法，则可将上式变为：
[0103]
[0104] 若计算所得穿越截止频率不满足式(26)，则重复步骤S2～步骤S4。
[0105] 在本发明实施例中，步骤S5的具体实施方式为：
[0106] 通过系统的开环传递函数以及穿越截止频率，计算系统的相位裕度，具体通过如下方式实现：
[0107] 通过系统的开环传递函数，可以求得其在穿越截止频率点ωc处的相位为：
[0108]
[0109] 因此，相位裕度为：
[0110]
[0111] 在本发明实施例中，步骤S6的具体实施方式为：
[0112] 通过自动控制理论可知，相位裕度必须满足如下关系：
[0113]
[0114] 若计算所得相位裕度不满足式(29)，则重复步骤S2～步骤S6。
[0115] 在本发明实施例中，电机为表贴式永磁同步电机，电机的额定功率为3kW，极对数为4，额定转速为1700r/min，定子电阻为0.085Ω，定子电感为0.95mH，转子磁链为0.192V*s，转矩常数为1.152N*m/A。
[0116] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
