励磁系统中励磁机反电势包络解调方法

1.本技术涉及交流电机传动控制技术领域，特别是涉及一种励磁系统中励磁机反电势包络解调方法。


背景技术：

2.三级式电机由主电机、励磁机、副励磁机同轴安装而成，励磁机转子绕组和主电机励磁绕组通过旋转整流器连接。主电机转子位置为起动控制关键信息，在传统技术中，为实现起动控制而加装机械位置传感器，利用率极低，还会导致体积重量增加，可靠性下降。
3.三级式电机的旋转整流器在起动过程中产生大量谐波，激励信号自然注入励磁机；同时，励磁机和主电机同轴安装，表明励磁机具有类似于旋转变压器的运行特点，天然可作为主电机的位置传感器。该思路无需改动原电机结构，便可使励磁机兼备励磁功能和位置传感器功能，实现一机双用。该思路无需额外注入高频信号。同时，励磁机功率小、工况简单，所以，信噪比较高，在高性能位置估算方面潜力较好。励磁机反电势是励磁机转子位置信息的载体，准确快速获取励磁机反电势信息是实现该思路的关键。为了便于获取反电动势信息，急需一种反电动势包络解调方法。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对现有技术中，未存在利用励磁系统中励磁机反电势自身特征进行包络解调的方法的问题，提供一种励磁系统的励磁机反电势包络解调方法。
5.一种励磁系统中励磁机反电势包络解调方法，包括：
6.通过非奇异快速终端滑模观测器，获取所述励磁机的当前反电动势观测值；
7.在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值；
8.若所述当前反电动势观测值与所述目标反电动势观测值的差值的绝对值大于预设阈值，则将所述当前反电动势观测值确定为反电动势峰值；
9.根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调。
10.在一个实施例中，所述通过非奇异快速终端滑模观测器，获取所述励磁机的当前反电动势观测值包括：
11.采集励磁机定子的三相电压，根据所述三相电压计算目标子电压；
12.采集所述励磁机定子的三相电流，根据所述三相电流计算目标子电流；
13.根据所述目标子电压、所述目标子电流和预设滑模面计算所述励磁机的所述当前反电动势观测值。
14.在一个实施例中，所述非奇异快速终端滑模观测器中所述预设滑模面的确定过程包括：
15.根据所述目标子电流、所述非奇异快速终端滑模观测器对所述目标子电流的估计值，确定所述预设滑模面。
16.在一个实施例中，所述当前反电动势观测值的计算公式为：
[0017][0018]
其中，ε＞0，η＞0，r
es
为所述励磁机定子的电阻值，l
es
为所述励磁机定子电感值，sgn(s)为符号函数，且
[0019]
在一个实施例中，所述反电动势观测值序列中的所述当前反电动势观测值按照获取顺序排列；
[0020]
所述在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值包括：
[0021]
确定与所述当前反电动势观测值间隔的反电动势观测值的数目为预设数目的反电动势观测值为所述目标反电动势观测值。
[0022]
在一个实施例中，所述根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调包括：在反电动势峰值序列中记录所述反电动势峰值，并将所述反电动势峰值序列按照预设数值进行分组；
[0023]
根据分组后的所述反电动势峰值进行包络解调。
[0024]
一种励磁系统的励磁机反电势包络解调装置，包括：
[0025]
获取模块，用于获取所述励磁机的当前反电动势观测值；
[0026]
确定模块，用于在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值；
[0027]
数据处理模块，用于计算所述当前反电动势观测值与所述目标反电动势观测值的差值，若所述差值的绝对值大于预设阈值，则将所述当前反电动势观测值确定为反电动势峰；
[0028]
包络解调模块，用于根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调。
[0029]
在一个实施例中，励磁系统的励磁机反电势包络解调装置还包括：
[0030]
电压采集模块，用于采集所述励磁机定子的三相电压；
[0031]
电流采集模块，用于采集所述励磁机定子的三相电流；
[0032]
观测模块，用于根据所述目标子电压、所述目标子电流和预设滑模面计算所述励磁机的所述当前反电动势观测值。
[0033]
在一个实施例中，所述观测模块，还用于：根据所述目标子电流、所述非奇异快速终端滑模观测器对所述目标子电流的估计值，确定所述预设滑模面。
[0034]
在一个实施例中，所述观测模块，具体用于：根据当前反电动势观测值的计算公式计算所述当前反电动势观测值。
[0035]
在一个实施例中，所述确定模块中在所述反电动势观测值序列中的所述当前反电动势观测值按照获取顺序排列；
[0036]
所述确定模块具体用于：确定与所述当前反电动势观测值间隔的反电动势观测值的数目为预设数目的反电动势观测值为所述目标反电动势观测值。
[0037]
在一个实施例中，所述包络解调模块，具体用于：
[0038]
在反电动势峰值序列中记录所述反电动势峰值，并将所述反电动势峰值序列按照预设数值进行分组；
[0039]
根据分组后的所述反电动势峰值进行包络解调。
[0040]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法的步骤。
[0041]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。
[0042]
一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。
[0043]
本技术所述励磁系统的励磁机反电势包络解调方法中通过非奇异快速终端滑模观测器，获取所述励磁机的当前反电动势观测值；在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值；若所述当前反电动势与所述目标反电动势观测值的差值的绝对值大于预设阈值，则将所述当前反电动势观测值确定为反电动势峰值；根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调。本技术实施例中通过比较所述当前反电动势与所述目标反电动势观测值的差值与所述预设阈值确定所述反电动势峰值，进而通过所述反电动势峰值实现包络解调，该过程根据励磁机反电势自身的特征进行包络解调，便于快速提取反电动势信息，为基于励磁机的三级式电机高性能无位置传感器控制算法提供反电势信息。
附图说明
[0044]
为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045]
图1为励磁系统中励磁机反电势包络解调方法流程图；
[0046]
图2为三级式电励磁无刷同步电机结构示意图；
[0047]
图3为励磁系统结构示意图；
[0048]
图4为获取励磁机的当前反电动势观测值流程图；
[0049]
图5为三相桥式整流电路示意图；
[0050]
图6为旋转整流器处于换相模式i时，励磁机转子电流波形图；
[0051]
图7为二极管d1，d3换相期间的等效电路图；
[0052]
图8为旋转整流器处于换相模式ii时，励磁机转子电流波形图；
[0053]
图9为换相模式i励磁机反电势；
[0054]
图10为换相模式ii励磁机反电势；
[0055]
图11为确定目标反电动势观测值的方法示意图；
[0056]
图12为励磁系统中励磁机反电势包络解调方法仿真结果图。
具体实施方式
[0057]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本技术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用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0058]
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0059]
在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0060]
如图1所示，本技术实施例中提供了一种励磁系统中励磁机反电势包络解调方法，本实施例以该方法应用于电子设备进行举例说明，该电子设备用于进行励磁机反电势包络解调。励磁机可以是基于励磁系统的多级式电励磁无刷同步电机，励磁机可以是三级结构，也可以是两级结构。图2是三级式电励磁无刷同步电机的结构图。三级式结构包括同轴安装的主电机、励磁机和副励磁机，其中，励磁机转子绕组和主电机转子绕组通过旋转整流器连接，主电机包括定子绕组以及转子绕组，电源模块为主电机提供电源。二级结构包括同轴安装的主电机、励磁机。本实施例所述的方法还可以用于进行励磁机绕组为两相、三相以及多于三相的两级式或三级式电机反电势包络解调。可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括电子设备和服务器的系统，并通过电子设备和服务器的交互实现。
[0061]
由于观测获得的励磁机反电势为分段高频信号，需要对其进行包络解调，去除掉高频分量，才能进一步用于位置信息的提取。由于励磁机转子注入信号由旋转整流器的非线性运行产生，无法直接获取用于包络解调的同步采样信号。因此，本技术实施例提出了一种通过励磁机反电势自身特征进行包络解调的方法，该方法包括以下步骤：
[0062]
s100，通过非奇异快速终端滑模观测器，获取所述励磁机的当前反电动势观测值。
[0063]
其中，非奇异快速终端滑模观测器可以通过励磁机的状态方程确定。
[0064]
由于励磁机反电势的锯齿状波形，传统滑模观测器抖振较大，会造成波形严重失真。本技术实施例中采用基于非奇异快速终端滑模观测器(non-singularfast terminal sliding mode observer，nftsmo)的励磁机反电势观测方法，便于实现励磁机反电势的准确快速提取。除此之外，通过非奇异快速终端滑模观测器观测励磁机反电动势值的实现方法简单，系统鲁棒性好，并且减少抖振、降低失真。
[0065]
进一步地，励磁机的当前反电动势观测值可以包括第一当前反电动势观测值和第二当前反电动势观测值。第一当前反电动势观测值对应的是励磁机定子第一坐标轴上的反电动势观测值。第二当前反电动势观测值对应的是励磁机定子第二坐标轴上的反电动势观
测值。励磁机定子的第一坐标轴可以是d轴，第二坐标轴可以是q轴。励磁机定子的第一坐标轴还可以是q轴，此时对应的第二坐标轴是d轴。本实施例中以第一坐标轴是d轴，第二坐标轴是q轴为例进行说明。
[0066]
具体地，电子设备根据采集的励磁机定子的三相电压和三相电流，计算第一目标子电压、第二目标子电压、第一目标子电流和第二目标子电流。通过非奇异快速终端滑模观测器、第一目标子电压和第一目标子电流，获取励磁机定子的第一当前反电动势观测值。通过非奇异快速终端滑模观测器、第二目标子电压和第二目标子电流，获取励磁机定子的第二当前反电动势观测值。第一目标子电压是励磁机定子第一坐标轴上的目标子电压。第一目标子电流是励磁机定子第一坐标轴上的目标子电流。第二目标子电压是励磁机定子第二坐标轴上的目标子电压。第二目标子电流是励磁机定子第二坐标轴上的目标子电流。励磁机定子的第一坐标轴可以是αs轴，第二坐标轴可以是βs轴。励磁机定子的第一坐标轴还可以是βs轴，此时对应的第二坐标轴是αs轴。本实施例中以第一坐标轴是αs轴，第二坐标轴是βs轴为例进行说明。
[0067]
可选地，图3所示结构为励磁系统结构示意图，dq坐标系和αsβs坐标系重合。αsβs坐标系固定在励磁机的定子上，αrβr坐标系固定在励磁机的转子上。 u
esa
，u
esb
，u
esc
为励磁机定子相电压；i
esa
，i
esb
，i
esc
为励磁机定子相电流；i
era
，i
erb
， i
erc
为励磁机转子相电流；if为主电机励磁电流；θ
er
为励磁机转子位置，θ
er
＝θ
er0
w
ert
，θ
er0
为励磁机初始位置，w
er
为励磁机电角速度。
[0068]
励磁机定子电压方程为
[0069][0070]
式中，为励磁机定子αsβs轴电压；为励磁机定子αsβs轴电流；r
es
为励磁机定子电阻；l
es
为励磁机定子电感；m
em
为励磁机定转子互感。
[0071]
为励磁机d轴和q轴反电势。
[0072]
s200，在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值。
[0073]
具体地，按照获取顺序排列当前反电动势观测值构成反电动势观测值序列。电子设备可以根据预设间隔条件确定目标反电动势观测值。反电动势观测值序列可以包括第一反电动势观测值序列和第二反电动势观测值序列。第一反电动势观测值序列由第一当前反电动势观测值构成，第二反电动势观测值序列由第二当前反电动势观测值构成。预设间隔条件可以包括第一预设间隔条件和第二预设间隔条件。目标反电动势观测值可以包括第一目标反电动势观测值和第二目标反电动势观测值。电子设备可以在第一反电动势观测值序列中确定与第一当前反电动势观测值满足第一预设间隔条件的第一目标反电动势观测值。电子设备可以在第二反电动势观测值序列中确定与第二当前反电动势观测值满足第二预
设间隔条件的第二目标反电动势观测值。
[0074]
s300，若所述当前反电动势观测值与所述目标反电动势观测值的差值的绝对值大于预设阈值，则将所述当前反电动势观测值确定为反电动势峰值。
[0075]
具体地，预设阈值可以包括第一预设阈值和第二预设阈值。反电动势峰值可以包括第一反电动势峰值和第二反电动势峰值。
[0076]
若第一当前反电动势观测值与第一目标反电动势观测值的差值的绝对值大于第一预设阈值，则第一当前反电动势观测值确定为第一反电动势峰值。
[0077]
若第二当前反电动势观测值与第二目标反电动势观测值的差值的绝对值大于第二预设阈值，则第二当前反电动势观测值确定为第二反电动势峰值。
[0078]
s400，根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调。
[0079]
具体地，反电动势包络包括第一反电动势包络和第二反电动势包络。电子设备可以根据第一反电动势峰值进行第一反电动势包络解调。电子设备还可以根据第二反电动势峰值进行第二反电动势包络解调。
[0080]
上述励磁系统中励磁机反电势包络解调方法中，通过非奇异快速终端滑模观测器，获取励磁机的当前反电动势观测值的实现方式步骤简单，估算效果好，并且通过非奇异快速终端滑模观测器可以有效减少抖振、降低观测结果失真。除此之外，本技术实施例中通过比较当前反电动势与目标反电动势观测值的差值与预设阈值确定反电动势峰值，进而通过反电动势峰值实现包络解调，该过程根据励磁机反电势自身的特征进行包络解调，便于快速提取反电动势信息，为基于励磁机的三级式电机高性能无位置传感器控制算法提供反电势信息。
[0081]
请参见图4，在一个实施例中，所述通过非奇异快速终端滑模观测器，获取所述励磁机的当前反电动势观测值包括：
[0082]
s110，采集励磁机定子的三相电压，根据所述三相电压计算目标子电压；
[0083]
s120，采集所述励磁机定子的三相电流，根据所述三相电流计算目标子电流；
[0084]
具体地，根据预先在励磁机定子侧施加的三相电压以及第一预设坐标系转换公式计算第一目标子电压和第二目标子电压。同理，根据励磁机定子三相电流和第二预设坐标系转换公式计算第一目标子电流和第二目标子电流。
[0085]
进一步地，三相电压是预先在励磁机定子侧施加的角频率为ω
e1
的三相对称电压，包括a相电压u
esa
、b相电压u
esb
以及c相电压u
esc
，第一预设坐标系转换公式是将三相电压转换为励磁机的αsβs坐标系上的电压所需要进行的坐标系转换计算公式。三相电流包括a相电流i
esa
、b相电流i
esb
以及c相电流i
esc
，第二预设坐标系转换公式是将三相电电流转换为励磁机的αsβs坐标系上的电电流所需要进行的坐标系转换计算公式。
[0086]
可选地，可以通过以下公式将励磁机的三相定子电压转换为αsβs坐标系上的电压：
[0087][0088]
其中，是励磁机定子的αs轴电压，是励磁机定子的βs轴电压，u
esa
、 u
esb
、uesc
是在励磁机定子侧采集的三相电压，上述常数矩阵为第一预设坐标系转换系数。
[0089]
可以通过以下公式将励磁机的三相定子电流转换为αsβs坐标系上的电流：
[0090][0091]
其中，是励磁机定子的αs轴电流，是励磁机定子的βs轴电流，i
esa
，i
esb
， i
esc
是在励磁机定子侧采集的三相电流，上述常数矩阵为第二预设坐标系转换系数。
[0092]
s130，根据所述目标子电压、所述目标子电流和预设滑模面计算所述励磁机的所述当前反电动势观测值。
[0093]
具体地，根据第一目标子电压、第一目标子电流和第一预设滑模面计算励磁机的第一当前反电动势观测值，第二反电动势观测值的计算步骤一致，不再赘述。
[0094]
由于励磁机反电势的锯齿状波形，传统滑模观测器抖振较大，会造成波形严重失真。本技术实施例中采用基于非奇异快速终端滑模观测器(non-singularfast terminal sliding mode observer，nftsmo)的励磁机反电势观测方法，便于实现励磁机反电势的准确快速提取。除此之外，通过非奇异快速终端滑模观测器观测励磁机反电动势值的实现方法简单，系统鲁棒性好，并且减少抖振、降低失真。
[0095]
在一个实施例中，所述非奇异快速终端滑模观测器中所述预设滑模面的确定过程包括：
[0096]
根据所述目标子电流、所述非奇异快速终端滑模观测器对所述目标子电流的估计值，确定所述预设滑模面。
[0097]
具体地，预设滑模面的计算公式为
[0098][0099]
其中，i
es
为所述目标子电流，为所述非奇异快速终端滑模观测器的所述目标子电流的估计值，为e的导数，m》0，n》0，g、h、p、q均为奇数，
[0100]
预设滑模面包括第一预设滑模面和第二预设滑膜面，以d轴反电动势观测值为例，非奇异快速终端滑模观测器的第一预设滑膜面为
[0101][0102]
同理，非奇异快速终端滑模观测器的第二预设滑膜面为
[0103][0104]
请一并参见图5，通过图5所示的三相桥式整流电路对励磁系统进行分析。 e
era
，e
erb
，e
erc
为励磁机转子等效感应电势；l
γ
为等效换相电感。对三相桥式整流电路作如下假设：
①
二极管的导通电阻为零，反向电阻为无穷大；
②
主电机的励磁绕组电感非常大，励磁
电流if为直流，没有波动成分；
③
等效换相电阻忽略不计。
[0105]
对于旋转整流器来说，常见的换相模式有换相模式i和换相模式ii，下面分别进行讨论。
[0106]
当旋转整流器处于换相模式i时，励磁机转子电流波形如图6所示，γ为换相角，0＜γ≤π/3。
[0107]
d1，d3换相(0-t1)时，三相桥式整流电路等效电路可表示为图7，此时对应的电路方程为
[0108][0109]
其中，e
era
，e
erb
，e
erc
为
[0110][0111]
式中：em为励磁机转子等效感应电势幅值；ω
e1
为励磁机转子等效感应电势角频率。
[0112]
由上述两式可得
[0113][0114]
考虑到电机转速较低，可近似求得d1，d3换相期间的di
erd
/dt、di
erq
/dt为
[0115]
[0116]
因此，e
erd
、e
erq
为
[0117][0118]
其余换相期间的e
erd
、e
erq
表达式如表1所示，计算过程不再赘述。
[0119]
表1换相模式i励磁机反电势表达式
[0120][0121][0122]
当旋转整流器处于换相模式ii时，励磁机转子电流波形如图8所示，α为换相延迟角，0＜α≤π/6。
[0123]
d1，d3换相(0-t1)时，三相桥式整流电路等效电路如图7所示，对应的电路方程为
[0124][0125]
其中，e
era
，e
erb
，e
erc
为
[0126][0127]
通过和换相模式i类似的推导过程，可得换相模式ii换相期间反电势表达式如表2所示，计算过程不再赘述。
[0128]
表2换相模式ii励磁机反电势表达式
[0129]
[0130][0131]
基于此可以得出励磁机反电势特征，由表1可以得在换相模式i下的励磁机反电势波形图，波形如9所示。
[0132]
同理，由表2可以得在换相模式ii下的励磁机反电势波形图，波形如图10 所示。
[0133]
对于换相模式i，当t＝t1时，w
e1
t1＝γ。此时，励磁机反电势为
[0134][0135]
因为0＜γ≤π/3，所以e
erq
(t＝t1)和e
erq
(t＝t1)是d1，d3换相期间的峰值。
[0136]
对于换相模式ii，当t＝t1时，
[0137]
此时，励磁机反电势为
[0138][0139]
因为0＜α≤π/6，所以e
erq
(t＝t1)和e
erq
(t＝t1)是d1，d3换相期间的峰值。
[0140]
同理，对于换相模式i和ii下的其他换相状态来说，励磁机反电势也是在换相结束时达到峰值。此后，励磁机反电势的绝对值突然减小，发生跳变，形成图9和图10所示的锯齿状波形。
[0141]
基于励磁机反电势的锯齿状波形，传统滑模观测器抖振较大，会造成波形严重失真，本技术实施例中采用基于非奇异快速终端滑模观测器的励磁机反电势观测方法，实现励磁机反电势的准确快速提取，同时减少抖振、降低失真。
[0142]
请一并参见图3，励磁机的状态方程可以表示为
[0143][0144]
基于此，设计非奇异快速终端滑模观测器的形式如下
[0145][0146]
式中，是的估计值，是e
erd
、e
erq
的估计值。
[0147]
将上述两式相减后即可得到
[0148]
[0149]
以e
erd
的观测为例，选择nftsmo的滑模面为
[0150][0151]
式中，m》0，n》0，g，h，p，q为奇数，
[0152]
在对e
erq
观测时，nftsmo的滑模面设计步骤与上述类似，过程不再赘述。
[0153]
由于励磁机的负载状态会影响反电动势的大小，而励磁机在高速重载的情况下，励磁机的定子电流将会有较大的变化。因此，根据励磁机的状态方程确定估算反电动势的非奇异快速终端滑模观测器更合理。由于励磁机反电势的锯齿状波形，本技术实施例中采用基于非奇异快速终端滑模观测器进行励磁机反电势观测方法，便于实现励磁机反电势的准确快速提取，并且减少抖振、降低失真。
[0154]
在一个实施例中，所述当前反电动势观测值的计算公式为：
[0155][0156]
其中，ε＞0，η＞0，r
es
为励磁机定子的电阻值，l
es
为励磁机定子的电感值，sgn(s)为符号函数，且
[0157]
具体地，根据励磁机定子的电阻值、电感值、第一目标子电压、和第一目标子电流可以计算得到第一当前反电动势观测值，第二当前反电动势观测值计算过程同理。
[0158]
第一当前反电动势观测值的计算公式为
[0159][0160]
由于d、q轴对称，d、q轴的ε，η，m，n，g，h，p，q参数可以选取一致，所以，第二当前反电动势观测值的计算公式为
[0161][0162]
进一步地，本技术实施例中的非奇异快速终端滑模观测器需满足李雅普诺夫稳定性定理。
[0163]
选取李雅普诺夫函数为则
[0164][0165]
设绝对值的上限为e，即即因此，如果满足
[0166]
那么，
[0167][0168]
满足李雅普诺夫稳定性定理。
[0169]
同理，选取李雅普诺夫函数为则
[0170][0171]
设绝对值的上限为e，即即因此，如果满足
[0172]
那么，
[0173][0174]
满足李雅普诺夫稳定性定理。
[0175]
本技术实施例中的非奇异快速终端滑模观测器满足李雅普诺夫稳定性定理，可以保证反电动势观测值和实际反电动势值一致，并且获取波形不易失真、稳定性好。
[0176]
在一个实施例中，所述反电动势观测值序列中的所述当前反电动势观测值按照获取顺序排列；
[0177]
所述在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值包括：
[0178]
确定与所述当前反电动势观测值间隔的所述反电动势观测值的数目为预设数目的反电动势观测值为所述目标反电动势观测值。
[0179]
具体地，预设数目可以为3，即当前反电动势观测值和目标反电动势观测值之间间隔3个反电动势观测值。预设数目包括但不限于3。
[0180]
进一步地，目标反电动势观测值包括第一目标反电动势观测值和第二目标反电动势观测值。在一个实施例中，构建第一数组存储第一当前反电动势观测值，当获取第一当前反电动势观测值时，将第一数组中所有第一反电动势观测值均后移一位，将第一当前反电动势观测值放置在第一数组的第一位，位于第一数组最后一位的第一反电动势观测值即为第一目标反电动势观测值。确定第二当前反电动势观测值的第二目标电动势观测值的步骤与上述同理，不再赘述。
[0181]
具体地，请一并参见图11，确定目标反电动势观测值的方法包括：设置包含n个元素的第一数组来保存第一当前反电动势观测值；第一数组采用先进先出的更新方式，即每次获取新的第一当前反电动势观测值的时候，数组内所有元素整体后移一位，最后一位移出数组，将新的励磁机反电势观测值保存在数组位置“1”。位于数组位置“n”的第一反电动势观测值即为第一目标反电动势观测值。确定第二目标反电动势观测值的步骤与上述一致，不再赘述。
[0182]
在一个实施例中，所述根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调包括：在反电动势峰值序列中记录所述反电动势峰值，并将所述反电动势峰值序列按照预设数值进行
分组；根据分组后的所述反电动势峰值进行包络解调。
[0183]
由表1、表2可知，励磁机反电势表达式每6个换相状态重复一次，因此，预设数值可以为6，将检测到的峰值以6为周期进行分组。将位于每组相同位置的峰值点连接，因此，第一反电动势观测值和第二反电动势观测值均可将分别获得6条反电势包络线。
[0184]
综上所述，本技术实施例通过所述反电动势峰值实现包络解调，该过程根据励磁机反电势自身的特征进行包络解调，便于快速提取反电动势信息，为基于励磁机的三级式电机高性能无位置传感器控制算法提供反电势信息。
[0185]
在一个实施例中，采用matlab/simulink对本技术方法进行仿真验证，仿真电机模型主要来自于simscape仿真库。采用绕线式异步电机模型作为励磁机，采用电励磁同步电机模型作为主电机，通过二极管搭建旋转整流器，将励磁机的转子绕组和主电机的励磁绕组相连接。由于副励磁机在本方法中不起作用，所以在仿真模型中不进行考虑。通过矢量控制驱动主电机进行旋转。
[0186]
本技术实施例中励磁系统中励磁机反电势包络解调方法包括：
[0187]
(1)对励磁机反电势进行估算，包括：
[0188]
(a)采集励磁机定子电压电流：
[0189]
(a.1)通过仿真软件自带的三相电源模块在励磁机的定子绕组上施加 50v/200hz的三相对称电压u
esa
，u
esb
，u
esc
；
[0190]
(a.2)通过第一预设坐标系转换公式得到励磁机定子αsβs轴电压
[0191][0192]
(a.3)采集励磁机三相定子电流i
esa
，i
esb
，i
esc
；
[0193]
(a.4)通过第二预设坐标系转换公式得到励磁机定子αsβs轴电流
[0194][0195]
(b)励磁机反电势观测，包括：
[0196]
(b.1)输入励磁机参数r
es
＝0.25ω、l
es
＝0.0037h，设定ε＝80
×
104，η＝6
×
104，m＝0.1，n＝0.1，g＝29，h＝27，p＝57，q＝55参数的值，获得励磁机d 轴反电势观测值
[0197][0198]
(b.2)输入励磁机参数r
es
＝0.25ω、l
es
＝0.0037h，设定ε＝80
×
104，η＝6
×
104，m＝0.1，n＝0.1，g＝29，h＝27，p＝57，q＝55参数的值，获得励磁机q 轴反电势观测值
[0199][0200]
(3)对励磁机反电势观测值进行包络解调，包括：
[0201]
(a)对励磁机反电势观测值进行包络解调，包括：
[0202]
(a.1)设置一个包含5个元素的数组；
[0203]
(a.2)每次获得新的励磁机d轴反电势观测值后，先将数组内所有元素整体后移一位，最后一位移出数组，然后将新的励磁机反电势观测值保存在数组位置“1”。
[0204]
(a.3)对数组位置“1”和数组位置“n”中保存的励磁机d轴反电势观测值作差，如果差值的绝对值大于预设的阈值80，那么认为励磁机反电势发生了跳变，即检测到了峰值
[0205]
(a.4)以6为周期对峰值进行分组，将位于每组相同位置的峰值点连接。
[0206]
(b)对励磁机反电势观测值进行包络解调，包括：
[0207]
(a.1)设置一个包含5个元素的数组；
[0208]
(a.2)每次获得新的励磁机q轴反电势观测值后，先将数组内所有元素整体后移一位，最后一位移出数组，然后将新的励磁机反电势观测值保存在数组位置“1”。
[0209]
(a.3)对数组位置“1”和数组位置“n”中保存的励磁机q轴反电势观测值作差，如果差值的绝对值大于预设的阈值80，那么认为励磁机反电势发生了跳变，即检测到了峰值
[0210]
(a.4)以6为周期对峰值进行分组，然后连接起来。
[0211]
请一并参见图12，通过以上步骤即可实现励磁机反电势的观测及包络解调。经分析可得，在图12中，与理论分析一致，d、q轴反电势估算值波形为锯齿状。除此之外，d、q轴反电势估算值各包含6条包络线。
[0212]
本技术实施例提供一种励磁系统的励磁机反电势包络解调装置，包括：
[0213]
获取模块，用于获取所述励磁机的当前反电动势观测值；
[0214]
确定模块，用于在反电动势观测值序列中记录所述当前反电动势观测值，并确定与所述当前反电动势观测值满足预设间隔条件的目标反电动势观测值；
[0215]
数据处理模块，用于计算所述当前反电动势观测值与所述目标反电动势观测值的差值，若所述差值的绝对值大于预设阈值，则将所述当前反电动势观测值确定为反电动势峰；
[0216]
包络解调模块，用于根据所述反电动势峰值进行反电动势包络解调。
[0217]
在一个实施例中，励磁系统的励磁机反电势包络解调装置还包括：
[0218]
电压采集模块，用于采集所述励磁机定子的三相电压；
[0219]
电流采集模块，用于采集所述励磁机定子的三相电流；
[0220]
观测模块，用于根据所述目标子电压、所述目标子电流和预设滑模面计算所述励
磁机的所述当前反电动势观测值。
[0221]
在一个实施例中，所述观测模块，还用于：根据所述目标子电流、所述非奇异快速终端滑模观测器对所述目标子电流的估计值，确定所述预设滑模面。
[0222]
在一个实施例中，所述观测模块，具体用于：根据当前反电动势观测值的计算公式计算所述当前反电动势观测值。
[0223]
在一个实施例中，所述确定模块中在所述反电动势观测值序列中的所述当前反电动势观测值按照获取顺序排列；
[0224]
所述确定模块具体用于：确定与所述当前反电动势观测值间隔的反电动势观测值的数目为预设数目的反电动势观测值为所述目标反电动势观测值。
[0225]
在一个实施例中，所述包络解调模块，具体用于：
[0226]
在反电动势峰值序列中记录所述反电动势峰值，并将所述反电动势峰值序列按照预设数值进行分组；
[0227]
根据分组后的所述反电动势峰值进行包络解调。
[0228]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器。所述存储器存储有计算机程序。该处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0229]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0230]
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序。该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0231]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
[0232]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0233]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。