CN110212834A - 一种永磁同步电机矢量控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁同步电机矢量控制方法、装置及系统，方法包括：根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势；通过永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息；基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。本发明提供的永磁同步电机矢量控制方法实现简单，且不需要使用位置传感器，避免了使用传感器所带来的系统成本增加、电机体积增大、系统可靠性降低等问题。

Description

一种永磁同步电机矢量控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及电力电子控制领域技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机矢量控制方法、装置及系统。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnetic synchronous machine,PMSM)是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。永磁同步电机因其高效率、转矩波纹小、动态响应快等诸多优点，从民用控制领域到国防控制领域，都得到了广泛的应用。由于永磁同步电机的结构特点，在其控制中广泛采用矢量控制的方法。

目前，永磁同步电机矢量控制方法多为基于传感器的矢量控制方法，即，在永磁同步电机的控制中，采用位置传感器(比如，光电编码器、旋转变压器、RVDT、电位计等)来获取永磁同步电机中转子的位置信息以进行矢量控制。然而，基于传感器的矢量控制方法因位置传感器的加入，会增加矢量控制系统的成本，增大电机的体积，降低矢量控制系统的环境适应性和可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种永磁同步电机矢量控制方法、装置及系统，用以解决现有技术中基于传感器的矢量控制方法因位置传感器的加入，导致矢量控制系统的成本增加，电机的体积增大，且矢量控制系统的环境适应性和可靠性降低的问题，其技术方案如下：

一种永磁同步电机矢量控制方法，包括：

根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势；

通过所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息；

基于所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，对所述永磁同步电机进行矢量控制。

优选的，所述永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定；

所述方法还包括：

根据所述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及所述永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，作为下一个周期确定永磁同步电机的反电动势的依据。

优选的，所述永磁同步电机矢量控制方法还包括：

根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值；

根据所述永磁同步电机中转子的当前转速值，确定永磁同步电机的电流参考量；

根据所述永磁同步电机的电流参考量和永磁同步电机的当前实际电流生成脉冲宽度调制信号，其中，所述脉冲宽度调制信号用于生成所述永磁同步电机的驱动信号。

优选的，所述根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值，包括：

根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，利用二阶滑膜超螺旋算法，确定所述永磁同步电机中转子的当前转速值。

优选的，所述根据所述永磁同步电机中转子的当前转速值，确定永磁同步电机的电流参考量，包括：

通过所述永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴电流参考值；

所述根据所述永磁同步电机的电流参考量和永磁同步电机的当前实际电流生成脉冲宽度调制信号，包括：

通过所述永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定永磁同步电机的交轴控制量；

通过所述永磁同步电机的直轴设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量；

通过所述永磁同步电机的交轴控制量和所述永磁同步电机的直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量；

根据所述永磁同步电机的最终控制量，生成所述脉冲宽度调制信号。

一种永磁同步电机矢量控制装置，包括：积分切换函数滑模观测器、转子位置确定模块和矢量控制模块；

所述积分切换函数滑模观测器，用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，确定永磁同步电机的当前反电动势；

所述转子位置确定模块，用于通过所述滑模观测器确定出的、所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息；

所述矢量控制模块，用于基于所述转子位置确定模块确定出的、所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，对所述永磁同步电机进行矢量控制。

优选的，所述永磁同步电机矢量控制装置还包括：自适应FIR滤波器；

所述永磁同步电机的当前内阻由所述自适应FIR滤波器基于上一个周期通过所述积分切换函数滑模观测器确定的、永磁同步电机的反电动势确定；

所述自适应FIR滤波器，用于通过所述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及所述积分切换函数滑模观测器确定的所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机的当前内阻，作为所述积分切换函数滑模观测器下一个周期确定反电动势的依据。

优选的，所述永磁同步电机矢量控制装置还包括：微分器、速度控制器、电流控制器、电机控制量确定模块和空间矢量脉宽控制器；

所述微分器，用于根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，利用二阶滑膜超螺旋算法，确定永磁同步电机中转子的当前转速值；

所述速度控制器，用于通过所述永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴电流参考值；

所述电流控制器，用于通过所述永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定所述永磁同步电机的交轴控制量，通过永磁同步电机的直轴设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量；

所述电机控制量确定模块，用于通过所述永磁同步电机的交轴控制量和所述永磁同步电机的直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量；

所述空间矢量脉宽控制器，用于根据所述永磁同步电机的最终控制量，生成脉冲宽度调制信号，其中，所述脉冲宽度调制信号用于生成所述永磁同步电机的驱动信号。

一种永磁同步电机矢量控制系统，包括：电流传感器、电压传感器以及控制器；

所述电流传感器，用于采集所述永磁同步电机中定子的当前相电流；

所述电压传感器，用于采集所述永磁同步电机中定子的当前相电压；

所述控制器，用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势，通过所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息，基于所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，对所述永磁同步电机进行矢量控制。

优选的，所述永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定；

所述控制器，还用于根据所述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及所述永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，作为下一个周期确定永磁同步电机的反电动势的依据。

经由上述方案可知，本发明提供的永磁同步电机矢量控制方法、装置及系统，可根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势，然后通过永磁同步电机的当前反电动势确定永磁同步电机中转子的当前位置信息，进而基于永磁同步电机中转子的当前位置信息对永磁同步电机进行矢量控制，由此可见，本发明提供的永磁同步电机矢量控制方法不需要位置传感器即可实现永磁同步电机的矢量控制过程，即避免了矢量控制过程中因位置传感器的使用导致的矢量控制系统成本增加、电机体积增大，矢量控制系统的环境适应性和可靠性降低的问题，并且，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法实现简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法的一流程示意图；

图2为本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法的一具体实例的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置的一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置的一具体实例的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人在实现本案的过程中发现：现有技术中的永磁同步电机矢量控制方法存在的问题皆是由位置传感器导致的，如果能够将位置传感器去除，即提供一种基于无传感器技术的永磁同步电机矢量控制方法，那么位置传感器导致的问题将迎刃而解。

有鉴于此，本案发明人进行了研究，在研究过程中发现：

现有技术中存在基于无传感器技术的永磁同步电机矢量控制方法，现有的矢量控制方法主要有两种：其一，基于高频信号注入的矢量控制方法，该方法采用基于电机凸极效应的高频信号注入技术检测永磁同步电机中转子的位置，以进行矢量控制；其二，基于基波激励的矢量控制方法，该方法基于永磁同步电机的动态数学模型，采用一阶滑模观测器获取永磁同步电机的反电动势，进而通过永磁同步电机的反电动势确定永磁同步电机中转子的位置信息，以进行矢量控制。

本案发明人对上述两种基于无传感器技术的矢量控制进行分析发现：

基于高频信号注入的矢量控制方法，需要引入高频信号，而引入的高频信号容易对矢量控制系统的稳定性造成影响，并且，该方法与转子的转速无关，对信号的检测精度要求较高，而且需要多个信号滤波器，实现过程比较复杂；基于基波激励的矢量控制方法，需要使用一阶滑模观测器，而一阶滑模观测器存在抖振问题，这导致通过一阶滑模观测器辨识出来的反电动势曲线波动很大，没办法直接应用，必须经过低通滤波器才能使用，而低通滤波器的加入会带来信号相位滞后的问题，虽然在相位补偿后会减小滞后，但会使辨识系统变得复杂，并且，该方法没有考虑电机内阻因温升等因素而改变对辨识系统的影响，会造成辨识误差以及系统不稳定。另外，基于高频信号注入的矢量控制方法适用于电机的低速阶段，基于基波激励的矢量控制方法适用于电机的中高速阶段，二者通常需要结合使用，共同实现永磁同步电机的全速控制。

鉴于现有的矢量控制方法存在上述问题，本案发明人进行了深入研究，最终提出了一种效果较好的永磁同步电机矢量控制方法，该方法应用于需要对永磁同步电机进行矢量控制的应用场景，该方法无需位置传感器，实现简单。接下来通过下述实施例对本发明提供的永磁同步电机矢量控制方法进行介绍。

请参阅图1，示出了本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S101：根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势。

在本实施例中，在永磁同步电机的启动阶段，可以采用开环控制方式，控制永磁同步电机快速启动，当永磁同步电机的转速达到预设转速时，采用闭环控制方式，此时根据获得的永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势。

其中，永磁同步电机中定子的当前相电流可通过电流传感器获取，永磁同步电机中定子的当前相电压可通过电压传感器获取，永磁同步电机的当前内阻基于积分切换函数滑模观测器上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定。

考虑到永磁同步电机的内阻因受某些因素(比如永磁同步电机的温度升高)的影响会发生变化，为了避免永磁同步电机的内阻变化对反电动势确定的影响，本发明实施例基于永磁同步电机的当前内阻(即永磁同步电机当前准确的内阻值)确定永磁同步电机的当前反电动势。

步骤S102：通过永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息。

在本实施例中，永磁同步电机的当前反电动势包括α轴的反电动势和β轴的反电动势，基于α轴的反电动势和β轴的反电动势可计算出永磁同步电机中转子的当前位置信息。

优选的，在确定出永磁同步电机的当前反电动势后，根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，作为下一个周期确定反电动势的依据。需要说明的是，永磁同步电机的反电动势基于永磁同步电机的内阻确定，永磁同步电机的内阻基于永磁同步电机的反电动势确定，二者相互作用、相互影响，属于级联反馈的关系。

步骤S103：基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。

具体的，将永磁同步电机中转子的当前位置信息作为Clarke变换、Park变换和反Park变换的参考值，以实现永磁同步电机的矢量控制。

本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法，可根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，确定永磁同步电机的当前反电动势，然后通过永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息，进而基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。由此可见，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法不需要位置传感器即可实现永磁同步电机的矢量控制过程，即避免了矢量控制过程中因位置传感器的使用导致矢量控制系统成本增加、电机体积增大，矢量控制系统的环境适应性和可靠性降低的问题，并且，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法实现简单。

另外，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法，通过积分切换函数滑模观测器辨识永磁同步电机的反电动势，避免了传统一阶滑模观测器的抖振问题，无需引入低通滤波器，即同时避免了因加入低通滤波器带来的相位滞后等问题，而通过自适应FIR滤波器辨识出的永磁同步电机当前的实际内阻，基于永磁同步电机当前的实际内阻辨识永磁同步电机的当前反电动势，避免了永磁同步电机的内阻变化对反电动势辨识的影响。

请参阅图2，示出了本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法的一具体实例的流程示意图，该方法可以包括：

步骤S201：根据永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴(即q轴)电流参考值。

具体的，计算永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值的差值，根据计算得到的差值，通过速度控制器，生成永磁同步电机的交轴电流参考值。可选的，速度控制器可以为PI速度控制器。

步骤S202a：通过永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定永磁同步电机的交轴控制量。

具体的，计算永磁同步电机的交轴电流参考值与交轴实际电流值的差值，根据计算得到的差值，通过电流控制器，生成永磁同步电机的交轴控制量。可选的，电流控制器可以为PI电流控制器。

步骤S202b：通过永磁同步电机的直轴(即d轴)设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量。

具体的，计算永磁同步电机的直轴设定电流值与直轴实际电流值的差值，根据计算得到的差值，通过电流控制器，生成永磁同步电机的直轴控制量。可选的，永磁同步电机的直轴设定电流值可以为0。

步骤S203：通过永磁同步电机的交轴控制量和直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量。

具体的，将永磁同步电机的交轴控制量和直轴控制量相加，得到永磁同步电机的最终控制量。

步骤S204：根据永磁同步电机的最终控制量，生成脉冲宽度调制信号。

具体的，根据永磁同步电机的最终控制量，通过空间矢量脉宽控制器，生成6路脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号。6路PWM信号提供给驱动放大器，驱动放大器根据6路PWM信号生成永磁同步电机的驱动信号。

步骤S205a：将永磁同步电机中定子的当前相电流转换为永磁同步电机的交轴实际电流值和直轴实际电流值。

具体的，通过三相静止向两相静止坐标变换器将永磁同步电机中定子的当前相电流转换为α轴电流值和β轴电流值；通过两相静止向两相旋转坐标变换器将α轴电流值和β轴电流值转换为永磁同步电机的交轴实际电流值和直轴实际电流值。

需要说明的是，永磁同步电机的交轴实际电流值和直轴实际电流值用于永磁同步电机的电流闭环控制，即步骤S205a获得的交轴实际电流值和直轴实际电流值作为下一个周期计算时步骤S202a和步骤S202b中的交轴实际电流值和直轴实际电流值。

步骤S205b：根据永磁同步电机的当前相电流和当前相电压以及和永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势。

其中，永磁同步电机的当前反电动势包括α轴的反电动势和β轴的反电动势。

在本实施例中，永磁同步电机中定子的当前相电流可通过电流传感器获取，永磁同步电机中定子的当前相电压可通过电压传感器获取，永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定。

步骤S206a：根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，然后转入步骤S205b。

步骤S206b：通过永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的位置信息。

步骤S207：基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。

具体的，将永磁同步电机中转子的当前位置信息作为Clarke变换、Park变换和反Park变换的参考值，以实现永磁同步电机的矢量控制。

步骤S208：基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值，然后转入步骤S201，以完成永磁同步电机的整个闭环控制过程。

优选的，可根据永磁同步电机中转子的当前位置信息，利用二阶滑膜超螺旋算法，确定永磁同步电机中转子的当前转速值，具体的，可通过基于二阶滑膜超螺旋算法构建的微分器确定永磁同步电机中转子的当前转速值。

本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法，不需要位置传感器即可实现永磁同步电机的矢量控制过程，即避免了矢量控制过程中因位置传感器的使用导致的矢量控制系统成本增加、电机体积增大，矢量控制系统的环境适应性和可靠性降低的问题，并且，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法实现简单。另外，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制方法，通过积分切换函数滑模观测器辨识永磁同步电机的反电动势，避免了传统一阶滑模观测器抖振和因加入低通滤波器带来的相位滞后等问题，而通过自适应FIR滤波器辨识出的永磁同步电机当前的实际内阻，基于永磁同步电机当前的实际内阻辨识永磁同步电机的当前反电动势，避免了永磁同步电机的内阻变化对反电动势辨识的影响。

本发明实施例还提供了一种永磁同步电机矢量控制装置，下面对本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置进行描述，下文描述的永磁同步电机矢量控制装置与上文描述的永磁同步电机矢量控制方法可相互对应参照。

请参阅图3，示出了本发明实施例提供的一种永磁同步电机矢量控制装置的结构示意图，该永磁同步电机矢量控制装置包括：积分切换函数滑模观测器301、转子位置确定模块302和矢量控制模块303。

积分切换函数滑模观测器301，用于根据述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及永磁同步电机的当前内阻，确定永磁同步电机的当前反电动势。

转子位置确定模块302，用于通过滑模观测器确定出的、永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息。

矢量控制模块303，用于基于转子位置确定模块确定出的、永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。

本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置还可以包括自适应FIR滤波器304。

自适应FIR滤波器304，用于通过永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及积分切换函数滑模观测器确定的永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机的当前内阻，作为积分切换函数滑模观测器301，下一个周期确定反电动势的依据。

需要说明的是，积分切换函数滑模观测器301与自适应FIR滤波器304为级联反馈关系，即积分切换函数滑模观测器301输出的反电动势反馈至自适应FIR滤波器304，自适应FIR滤波器304输出的内阻反馈至积分切换函数滑模观测器301，积分切换函数滑模观测器301与自适应FIR滤波器304实时校正永磁同步电机的内阻和反电动势。积分切换函数滑模观测器407与自适应FIR滤波器408结合使得矢量控制装置的鲁棒性更强，同时扩展了积分切换函数滑模观测器407的应用范围，即不但适用于高速区域，还适用于较低速区域。

下面通过一具体示例对本实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置进行说明：

请参阅图4，示出了永磁同步电机矢量控制装置一具体实例的结构示意图，其可以包括：速度控制器401、电流控制器402、电机控制量确定模块403、空间矢量脉宽控制器404、三相静止向两相静止坐标变换器405、两相静止向两相旋转坐标变换器406、积分切换函数滑模观测器407、自适应FIR滤波器408、转子位置确定模块409、矢量控制模块410和微分器411。

速度控制器401，用于根据永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴电流参考值。

具体的，速度控制器401计算永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值的差值，根据计算得到的差值，生成永磁同步电机的交轴电流参考值。可选的，速度控制器401为PI速度控制器。

电流控制器402，用于通过永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定永磁同步电机的交轴控制量。

具体的，电流控制器402计算永磁同步电机的交轴电流参考值与交轴实际电流值的差值，根据计算得到的差值，生成永磁同步电机的交轴控制量。可选的，电流控制器402为PI电流控制器。

电流控制器402，还用于通过永磁同步电机的直轴设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量。

具体的，电流控制器402计算永磁同步电机的直轴设定电流值与直轴实际电流值的差值，根据计算得到的差值，生成永磁同步电机的直轴控制量。可选的，永磁同步电机的直轴设定电流值为0。

电机控制量确定模块403，用于通过永磁同步电机的交轴控制量和直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量。

空间矢量脉宽控制器404，用于根据永磁同步电机的最终控制量，生成脉冲宽度调制信号。

具体的，空间矢量脉宽控制器404根据永磁同步电机的交轴和直轴的控制量和，生成6路PWM信号。6路PWM信号提供给驱动放大器，驱动放大器根据6路PWM信号生成永磁同步电机的驱动信号。

三相静止向两相静止坐标变换器405，用于将永磁同步电机中定子的当前相电流转换为永磁同步电机的α轴电流值和β轴电流值。

两相静止向两相旋转坐标变换器406，用于将永磁同步电机的α轴电流值和β轴电流值转换为永磁同步电机的直轴实际电流值和交轴实际电流值。

需要说明的是，永磁同步电机的交轴实际电流值和直轴实际电流值用于永磁同步电机的电流闭环控制。

积分切换函数滑模观测器407，用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及和永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势。

其中，永磁同步电机的当前反电动势包括α轴的反电动势和β轴的反电动势。永磁同步电机中定子的当前相电流可通过电流传感器获取，永磁同步电机中定子的当前相电压可通过电压传感器获取，永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定。

自适应FIR滤波器408，用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机的当前内阻。

积分切换函数滑模观测器407输出的、永磁同步电机的当前反电动势输入自适应FIR滤波器408，自适应FIR滤波器408确定出的、永磁同步电机的当前内阻输入积分切换函数滑模观测器407，积分切换函数滑模观测器407与自适应FIR滤波器408为级联反馈关系，二者实时校正永磁同步电机的内阻和反电动势。

转子位置确定模块409，用于通过永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的位置信息。

矢量控制模块410，用于基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。

微分器411，用于根据永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值。其中，微分器可基于二阶滑膜超螺旋算法构建。

永磁同步电机中转子的当前转速值输入至速度控制器401，如此可完成永磁同步电机的整个闭环控制过程。

本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置，不需要位置传感器即可实现永磁同步电机的矢量控制过程，即避免了矢量控制过程中因位置传感器的使用导致矢量控制系统成本增加、电机体积增大，矢量控制系统的环境适应性和可靠性降低的问题，并且，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置实现简单。另外，本发明实施例提供的永磁同步电机矢量控制装置，通过积分切换函数滑模观测器辨识永磁同步电机的反电动势，避免了传统一阶滑模观测器抖振和因加入低通滤波器带来的相位滞后等问题，而通过自适应FIR滤波器辨识出的永磁同步电机当前的实际内阻，基于永磁同步电机当前的实际内阻辨识永磁同步电机的当前反电动势，避免了永磁同步电机的内阻变化对反电动势辨识的影响。

本发明实施例还提供了一种永磁同步电机矢量控制系统，请参阅图5，示出了该系统的结构示意图，可以包括：电流传感器501、电压传感器502、控制器503。

电流传感器501，用于采集永磁同步电机中定子的当前相电流。

电压传感器502，用于采集永磁同步电机中定子的当前相电压。

控制器503，用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势，通过永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的位置信息，基于永磁同步电机中转子的当前位置信息，对永磁同步电机进行矢量控制。

可选的，控制器503可以为TMS320F28335DSP芯片。

上述的永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定。

控制器503，还用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，作为下一个周期确定永磁同步电机的反电动势的依据。

控制器503，还用于根据永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值；根据永磁同步电机中转子的当前转速值，确定永磁同步电机的电流参考量；根据所述永磁同步电机的电流参考量和永磁同步电机的当前实际电流生成脉冲宽度调制信号，其中，脉冲宽度调制信号用于生成永磁同步电机的驱动信号。

在一种可能的实现方式中，控制器503在根据永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值时，具体用于根据永磁同步电机中转子的当前位置信息，利用二阶滑膜超螺旋算法，确定永磁同步电机中转子的当前转速值。

在一种可能的实现方式中，控制器503在根据所述永磁同步电机中转子的当前转速值，确定永磁同步电机的电流参考量时，具体用于通过所述永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴电流参考值；

控制器503在根据所述永磁同步电机的电流参考量和永磁同步电机的当前实际电流生成脉冲宽度调制信号时，具体用于通过永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定永磁同步电机的交轴控制量；通过永磁同步电机的直轴设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量；通过永磁同步电机的交轴控制量和永磁同步电机的直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量；根据永磁同步电机的最终控制量，生成脉冲宽度调制信号。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，包括：

根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势；

通过所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息；

基于所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，对所述永磁同步电机进行矢量控制。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定；

所述方法还包括：

根据所述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及所述永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，作为下一个周期确定永磁同步电机的反电动势的依据。

3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值；

根据所述永磁同步电机中转子的当前转速值，确定永磁同步电机的电流参考量；

根据所述永磁同步电机的电流参考量和永磁同步电机的当前实际电流生成脉冲宽度调制信号，其中，所述脉冲宽度调制信号用于生成所述永磁同步电机的驱动信号。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，确定永磁同步电机中转子的当前转速值，包括：

根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，利用二阶滑膜超螺旋算法，确定所述永磁同步电机中转子的当前转速值。

5.根据权利要求3所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步电机中转子的当前转速值，确定永磁同步电机的电流参考量，包括：

通过所述永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴电流参考值；

所述根据所述永磁同步电机的电流参考量和永磁同步电机的当前实际电流生成脉冲宽度调制信号，包括：

通过所述永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定永磁同步电机的交轴控制量；

通过所述永磁同步电机的直轴设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量；

通过所述永磁同步电机的交轴控制量和所述永磁同步电机的直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量；

根据所述永磁同步电机的最终控制量，生成所述脉冲宽度调制信号。

6.一种永磁同步电机矢量控制装置，其特征在于，包括：积分切换函数滑模观测器、转子位置确定模块和矢量控制模块；

所述积分切换函数滑模观测器，根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，确定永磁同步电机的当前反电动势；

所述转子位置确定模块，用于通过所述滑模观测器确定出的、所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息；

所述矢量控制模块，用于基于所述转子位置确定模块确定出的、所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，对所述永磁同步电机进行矢量控制。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机矢量控制装置，其特征在于，还包括：自适应FIR滤波器；

所述永磁同步电机的当前内阻由所述自适应FIR滤波器基于上一个周期通过所述积分切换函数滑模观测器确定的、永磁同步电机的反电动势确定；

所述自适应FIR滤波器，用于通过所述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及所述积分切换函数滑模观测器确定的所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机的当前内阻，作为所述积分切换函数滑模观测器下一个周期确定反电动势的依据。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机矢量控制装置，其特征在于，还包括：微分器、速度控制器、电流控制器、电机控制量确定模块和空间矢量脉宽控制器；

所述微分器，用于根据所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，利用二阶滑膜超螺旋算法，确定永磁同步电机中转子的当前转速值；

所述速度控制器，用于通过所述永磁同步电机中转子的当前转速值和设定转速值，确定永磁同步电机的交轴电流参考值；

所述电流控制器，用于通过所述永磁同步电机的交轴电流参考值和交轴实际电流值，确定所述永磁同步电机的交轴控制量，通过永磁同步电机的直轴设定电流值和直轴实际电流值，确定永磁同步电机的直轴控制量；

所述电机控制量确定模块，用于通过所述永磁同步电机的交轴控制量和所述永磁同步电机的直轴控制量确定永磁同步电机的最终控制量；

所述空间矢量脉宽控制器，用于根据所述永磁同步电机的最终控制量，生成脉冲宽度调制信号，其中，所述脉冲宽度调制信号用于生成所述永磁同步电机的驱动信号。

9.一种永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，包括：电流传感器、电压传感器以及控制器；

所述电流传感器，用于采集所述永磁同步电机中定子的当前相电流；

所述电压传感器，用于采集所述永磁同步电机中定子的当前相电压；

所述控制器，用于根据永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压以及永磁同步电机的当前内阻，通过积分切换函数滑模观测器，确定永磁同步电机的当前反电动势，通过所述永磁同步电机的当前反电动势，确定永磁同步电机中转子的当前位置信息，基于所述永磁同步电机中转子的当前位置信息，对所述永磁同步电机进行矢量控制。

10.根据权利要求9所述的永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，所述永磁同步电机的当前内阻基于上一个周期确定的、永磁同步电机的反电动势确定；

所述控制器，还用于根据所述永磁同步电机中定子的当前相电流和当前相电压，以及所述永磁同步电机的当前反电动势，通过自适应FIR滤波器，确定永磁同步电机的当前内阻，作为下一个周期确定永磁同步电机的反电动势的依据。