本发明属于电机控制，具体涉及一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统及其控制方法。
背景技术：
1、同步磁阻电机因其结构简单、坚固耐用、效率高、调速范围广、成本较低等特点成为众多学者的研究焦点，被视为工业传动领域中一种极具发展潜力的高性价比的调速驱动方案。在家居电器、航天国防、工业传动等诸多应用领域里，无位置传感器低速运行控制是必不可少的，必须保证获得精确的转子位置使得电机控制有良好的稳态和动态性能。然而同步磁阻电机特殊转子结构所带来的参数强耦合非线性特性，影响着转子位置估计误差以及不同工况下的激励电流波动问题，增加电机控制复杂度的同时，进一步给系统带来了高频噪声及高频损耗，降低了同步磁阻电机在对噪声敏感场合的竞争力。
2、同步磁阻电机在零低速域中常采用信号注入法来获取转子位置信息实现对电机的无传感器控制，采用传统的恒幅值固定频率的高频注入法，存在由高频注入引起的可听噪声及工况变化带来的高频损耗问题，限制了其在工业领域的实际应用。目前，有学者提出了改变注入信号的频率范围在人耳听觉范围之外方法和注入伪随机高频方波电压信号的方法来抑制高频噪声，且验证了这两种方法降低高频噪音的有效性，但对于响应电流随工况变化进而带来高频损耗的问题仍未解决。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服高频注入引起高频噪音、工况变化带来的高频损耗的不足，提供一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统及其控制方法。
2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案，
3、一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统，包括：
4、第三变换模块，用于采集电机的三相电流：电流ia、电流ib和电流ic，对三相电流进行clarke变换得到两相静止坐标轴下的电流信号iα和电流信号iβ；
5、第二变换模块，用于对电流信号iα和电流信号iβ进行park变换得到旋转轴系下d轴电流idh和q轴电流iqh；
6、第一滤波器，将d轴电流idh、q轴电流iqh进行滤波处理，分别得到d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq；
7、电流幅值波动抑制模块，对d轴电流idh、q轴电流iqh计算得到转子位置补偿角的值，并对随机高频电压方波信号发生器反馈的信号λd计算得到注入电压信号幅值调节因子λ；
8、第二滤波器，将电流信号iα和电流信号iβ进行滤波处理；
9、信号解调和位置观测模块，将经过第二滤波器后的电流信号iα和电流信号iβ与电流幅值波动抑制模块得到的转子位置补偿角的值结合计算，得到转子位置信号θest和速度反馈转速ωe；
10、随机高频电压方波信号发生模块，根据注入电压信号幅值调节因子λ，输出伪随机高频电压信号udh；
11、第一pi控制器，将速度反馈转速ωe与给定的转速值ωref结合得到的转速差进行处理，输出q轴电流参考值iqref；
12、第二pi控制器将q轴电流参考值iqref与q轴反馈电流iq结合得到的q轴电流差进行处理，输出q轴电压参考值usq；
13、第三pi控制器，将d轴电流给定的恒定值idref与滤波器(5)得到的d轴馈电流id结合得到的d轴电流差，输出d轴电压参考值usd；
14、第一变换模块，用于对d轴总电压与q轴电压参考值usq以及usq与位置观测模块输出的θest的结合进行反park变换，输出电压信号uα和电压信号uβ；
15、svpwm模块，用于对电压信号uα和电压信号uβ进行电压调制输出控制两电平逆变器开关管通断的pwm波；
16、两电平逆变器，经过svpwm模块输出的pwm波，将直流电压udc转换成所需要的电压输出到电机。
17、随机高频电压方波信号发生模块根据电机的响应电流实时调节注入的电压信号幅值后输出伪随机高频电压信号udh。
18、第一滤波器为高通滤波器；第二滤波器为低通滤波器。
19、一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感控制方法，包括以下步骤：
20、通过电流采样电路采集电机的三相电流：电流ia、电流ib和电流ic，三相电流经过第三变换模块进行clarke变换得到两相静止坐标轴下的电流信号iα和电流信号iβ，电流信号iα和电流信号iβ一路经过第二变换模块进行park变换得到旋转轴系下电流d轴idh、q轴电流iqh，此组电流一路经过第一滤波器分别得到d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq，经过clarke变换后的电流信号iα和电流信号iβ另一路在电流幅值波动抑制模块中计算得到转子位置补偿角的值，并与随机高频电压方波信号发生器反馈的信号λd计算得到注入电压信号幅值调节因子λ；
21、电流信号iα和iβ另一路经过第二滤波器进入信号解调和位置观测模块，并在信号解调和位置观测模块与电流幅值波动抑制模块得到的转子位置补偿角的值结合，得到转子位置信号θest和速度反馈转速ωe；
22、调节因子λ反馈给随机高频电压方波信号发生模块，随机高频电压方波信号发生模块根据响应电流调节注入的电压信号幅值，后随机高频电压方波信号发生模块输出伪随机高频电压信号udh；
23、将信号解调和位置观测模块得到的速度反馈转速ωe与给定的转速值ωref结合得到转速差，经过pi控制器输出q轴电流参考值iqref；
24、q轴电流参考值iqref与滤波器得到的q轴反馈电流iq结合，后通过pi控制器输出q轴电压参考值usq；
25、d轴电流为给定恒定值idref，其与滤波器得到的d轴馈电流id结合得到d轴电流差，再经pi控制器输出d轴电压参考值usd，d轴电压参考值usd与伪随机高频电压信号udh混合形成d轴总电压；
26、d轴总电压与q轴电压参考值usq经过第一变换模块进行反park变换后一起经过svpwm模块调制和两电平逆变器输出到电机。
27、随机高频电压方波信号发生模块相位在90°和270°之间进行随机，频率在ti和2ti之间随机。
28、d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq在电流幅值波动抑制模块中进行静止实验法拟合得到转子位置误差补偿角度参数。
29、信号解调和位置观测模块得出的转子位置信号θest用于第一变换模块和第二变换模块的park变换和反park变换。
30、在信号解调和位置观测模块中，电流信号iα和iβ第二滤波器后与电流幅值波动抑制模块得到的转子位置补偿角通过锁相环或者龙贝格观测器估算到转子的位置和转速值。
31、两电平逆变器的输入电源是直流电；输出电源是三相交流电源。
32、电机控制板采用tms320f28069芯片作为主控芯片。
33、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
34、本发明公开的自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统，存在两条闭环电路，两条闭环电路中，分别存在四条电路，每条路进行各自的任务，在互不干扰的情况下又相互协调产生完全随机的高频注入信号，提高了本发明自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统的控制效果和控制精准度；本发明的变换模块根据不同的电流信号的变化设置不同的变化模块，提高了本发明控制系统对电机的精准控制效果；同时，本发明的滤波器也根据不同情况设置有高通滤波器和低通滤波器，以达到对不同电流信号的精准调节，进一步的实现了本发明控制系统对电机的精准控制。
35、本发明公开的自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，通过采用注入信号频率及相位随机的高频注入无传感器控制方法，当注入信号形式完全随机时，随机注入电压下所产生的高频激励电流将不会产生固定频率处的电流尖峰，实现电流功率谱密度扩展，达到尖锐噪声抑制的效果；同时，本发明中，包括了两条矢量闭环，电机的三相电流通过变换在信号解调和位置观测模块中产生的位置信号θest又在闭环回路中运用与park变换和反park变换中，两种变换均根据得出的位置信号的角度实时调整电压电流的变换，实现了对电极更精确的控制效果，这种精准控制也降低了控制过程的高损耗现象；电流幅值波动抑制模块向信号解调和位置观测模块反馈的转子位置补偿角也使得信号解调位置观测模块提供的转子位置信号精度更加准确，进一步提高了本发明控制方法的精确度。
36、进一步的，本发明针对传统高频注入法在交叉耦合效应下所存在的噪声及响应电流随负载变化增加损耗的问题，通过静止实验法拟合得到被测电机非线性参数模型，进行电流幅值采样获取信息以闭环方式调节注入电压幅值大小，可解决同步磁阻电机变载工况中参数非线性所带来的响应电流波动问题，减小了高频噪声及电流波动带来的高频损耗。同时计算交叉耦合效应下转子位置估计误差进行补偿，进一步提高了同步磁阻电机无传感器控制动稳态性能。
37、进一步的，本发明的随机高频电压方波信号发生器选取90°、270°相位方波信号进行随机，保证了转子位置信息观测的有效性，也可使得注入信号完全随机，进而实现扩展电流功率谱密度抑制能量尖峰的产生，达到降低尖锐噪声目的。
38、进一步的，信号解调和位置观测模块中，电机的三相电流经过clarke变换以及滤波器后再位置解调过程中，加入电流幅值波动抑制模块输出的转子误差补偿角两者结合计算得出转子位置信号，提高了转子位置的估计精度，进一步提高了本发明的控制精度。
39、进一步的，电机的三相电流经过park变换和clarke变换之后在电流幅值波动抑制模块中，通过随机高频电压方波信号发生器反馈的信号λd求得注入电压信号幅值调节因子λ，该因子反馈给随机信号发生器用以调节注入高频电压信号的幅值，以改善激励电流随负载变化的问题，来降低高频噪声和高频损耗。
40、进一步的，在电流幅值波动抑制模块中，通过锁向或者龙贝格观测几估算转子的位置和转速值，使得转子位置估计更加精准。
1.一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统，其特征在于，所述的随机高频电压方波信号发生模块(8)根据电机(4)的响应电流实时调节注入的电压信号幅值后输出伪随机高频电压信号udh。
3.根据权利要求1所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制系统，其特征在于，所述的第一滤波器(5)为高通滤波器；第二滤波器(12)为低通滤波器。
4.一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，基于权利1至3所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感控制系统，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，所述的随机高频电压方波信号发生模块(8)相位在90°和270°之间进行随机，频率在ti和2ti之间随机。
6.根据权利要求4所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，所述的d轴反馈电流id和q轴反馈电流iq在电流幅值波动抑制模块(6)中进行静止实验法拟合得到转子位置误差补偿角度参数。
7.根据权利要求4所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，信号解调和位置观测模块(7)得出的转子位置信号θest用于第一变换模块(9)和第二变换模块(10)的park变换和反park变换。
8.根据权利要求4所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，在信号解调和位置观测模块(7)中，电流信号iα和电流信号iβ第二滤波器(12)后与电流幅值波动抑制模块(6)得到的转子位置补偿角通过锁相环或者龙贝格观测器估算到转子的位置和转速值。
9.根据权利要求4所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，所述的两电平逆变器(3)的输入电源是直流电；输出电源是三相交流电源。
10.根据权利要求4所述的一种自适应伪随机高频方波注入的同步磁阻电机无传感器控制方法，其特征在于，所述的电机(4)控制板采用tms320f28069芯片作为主控芯片。
