[發(fā)明專利]一種永磁同步電機(jī)無傳感器滑模控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710118553.0
• 申請(qǐng)日: 2017-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN107070337A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉凌;胡全龍;王悍梟;楊航;張誠(chéng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P21/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 張弘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于永磁同步電機(jī)無傳感器控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著稀土永磁材料釹鐵硼的出現(xiàn)，永磁同步電機(jī)在高速發(fā)展的電力電子技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)等的支撐下，已經(jīng)在生產(chǎn)生活中獲得廣泛應(yīng)用。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和速度是由傳感器獲得，而機(jī)械傳感器的安裝則會(huì)導(dǎo)致成本大大增加，同時(shí)增加電機(jī)的占用面積，使用場(chǎng)合受限。因此，無傳感器控制技術(shù)具有重要的實(shí)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

在此之前，已經(jīng)有專家學(xué)者對(duì)于無傳感器控制技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，也提出了諸多控制方法。滑模觀測(cè)器法由于其具有響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究和應(yīng)用，但是滑模抖振的存在會(huì)影響控制系統(tǒng)性能，甚至可能破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，損壞控制器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種永磁同步電機(jī)無傳感器滑模控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)減小電機(jī)的占用面積，降低電機(jī)運(yùn)行成本，且有效減小系統(tǒng)抖振，提高系統(tǒng)控制性能，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)無傳感器控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種永磁同步電機(jī)無傳感器滑模控制系統(tǒng)，包括滑模控制器模塊、滑模觀測(cè)器模塊、電流控制器模塊、帕克逆變換模塊、帕克變換模塊、克拉克變換模塊、空間矢量調(diào)制模塊、三相逆變器模塊和控制對(duì)象模塊；所述的滑模控制器模塊速度控制器的輸出端和電流控制器模塊的交軸電流控制模塊的輸入端連接；所述的電流控制器模塊的直軸電流控制模塊和交軸電流控制模塊的輸出端與帕克逆變換模塊的輸入端連接；所述的帕克逆變換模塊的輸出端與空間矢量調(diào)制模塊的輸入端連接；所述的空間矢量調(diào)制模塊輸出端與三相逆變器模塊輸入端連 接；所述的控制對(duì)象模塊的永磁同步電機(jī)的輸入端與三相逆變器模塊的輸出端連接；所述的克拉克變換模塊的輸入端與三相逆變器模塊輸出端連接，克拉克變換模塊的輸出端與滑模觀測(cè)器模塊的輸入端連接，克拉克變換模塊的輸出端與帕克變換模塊的輸入端連接；所述的帕克變換模塊的輸出端與電流控制器模塊的直軸電流控制模塊與交軸電流控制模塊的輸入端連接；所述的滑模觀測(cè)器模塊的輸出端分別與滑模控制器模塊速度控制器和帕克變換模塊及帕克逆變換模塊的輸入端連接。

所述的滑模控制器模塊的速度控制器的輸入為外界速度給定和來自滑模觀測(cè)器模塊中鎖相環(huán)模塊輸出的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子速度信號(hào)；轉(zhuǎn)速誤差經(jīng)過滑模面函數(shù)及其趨近律的計(jì)算，計(jì)算得出的交軸電流給定信號(hào)作為速度控制器模塊的輸出。

所述滑模趨近律為

其中x為系統(tǒng)狀態(tài)；k＞0,δ＞0,0<λ<1,0<ε<1。

所述的滑模觀測(cè)器模塊包括定子電流誤差系統(tǒng)模塊、滑模控制律模塊和鎖相環(huán)模塊；滑模觀測(cè)器模塊的輸入為兩相靜止坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)的定子電壓和電流，輸出兩相靜止坐標(biāo)系下的反電動(dòng)勢(shì)估算值到鎖相環(huán)模塊，鎖相環(huán)模塊輸出永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和速度估算值。

所述滑模觀測(cè)器模塊的滑模控制律為：

v＝[v_α v_β]^T＝[-K s ats_α -K s ats_β]^T

式中：K為切換增益，且K>max(|e_α|,|e_β|)，sat(s)為冪級(jí)數(shù)型飽和函數(shù)；

定義冪級(jí)數(shù)型飽和函數(shù)：

式中：n為冪級(jí)數(shù)，δ為邊界層。

所述的電流控制器模塊包含直軸電流控制模塊和交軸電流控制模塊；其中直軸電流控制模塊的輸入是直軸電流給定值0和來自帕克變換模塊輸出的直軸電流信號(hào)；交軸電路控制模塊的輸入是交軸電流給定和來自帕克變換模塊輸出的交軸電流信號(hào)；直軸電流控制模塊和交軸電流控制模塊的輸出分別是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)的定子電壓給定。

一種永磁同步電機(jī)無傳感器滑模控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：