[發明專利]一種基于改進滑模觀測器的永磁同步電機轉子位置檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 201710578544.X
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107342713A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 宋欣達;康偉欣;韓邦成;鄭世強;劉剛;毛琨
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182;H02P6/17
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發明屬于電機控制的技術領域，具體涉及一種基于改進滑模觀測器的永磁同步電機轉子位置檢測裝置及方法。

背景技術

永磁同步電機利用永磁體提供勵磁，相比于電勵磁電機減少了勵磁系統的損耗，電機的效率及功率密度都得到極大的提高。同時，其克服了直流電機電刷和換向器帶來的不利因素，應用范圍從最初的軍事工業，向航空航天、工業自動化等領域迅速發展。

永磁同步電機由于驅動系統的需求，通常都會加入機械傳感器來獲得轉子位置信息，如霍爾傳感器、光電編碼器等。性能較好的機械傳感器雖然檢測轉子位置的精度很高，但是同時也會存在一些問題，如導致電機體積增大，加工裝配成本增加，降低電機運行的可靠性，甚至限制電機在很多特殊場合的應用，不利于其進一步推廣。因此，永磁同步電機的無傳感器控制策略研究成為了目前的研究熱點問題。無傳感器控制主要包括零低速控制和中高速控制兩個主要研究方面。其中，中高速控制通常采用基波勵磁估計法，通過建立永磁同步電機的電壓模型或磁鏈模型等動態模型，來對轉子的位置進行估計，此類方法不受凸極效應的影響，算法簡單易于實現，是目前使用最廣泛的一類方法。

基波勵磁估測方法主要包括假定旋轉坐標系法、模型參考自適應法、擴展卡爾曼濾波器法、磁鏈觀測器法和滑模觀測器法等。其中，大部分方法依賴于模型建立和參數選擇的準確性，或存在計算量過大的問題，但滑模觀測器具有不受外部干擾和內部參數變化影響的特點，魯棒性強，響應速度快，因此得到了廣泛的應用。然而，滑模觀測器存在固有的抖振現象，一般使用低通濾波器對反電勢信號做進一步處理，但低通濾波器會使估計的位置信號產生相位滯后，影響檢測精度。同時，考慮實際運行中氣隙磁場畸變和逆變器非線性會產生諧波，使得反電勢波形不理想，位置信號中存在波動。因此，需要設計一種新型滑模觀測器來克服以上困難，提高轉子位置的檢測精度。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明的目的是克服現有滑模觀測器中利用低通濾波器處理反電勢信號時引起的相位滯后問題，并考慮諧波引起的反電勢畸變問題，提出一種基于二階廣義積分方法的滑模觀測器，在代替低通濾波器作用的同時，對反電勢中的諧波成分進行抑制，從而得到更準確的轉子位置信息。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：基于改進滑模觀測器的永磁同步電機轉子位置檢測裝置，包括反電勢估計部分，二階廣義積分濾波部分以及歸一化正交鎖相環，所述反電勢估計部分設置四個輸入端，分別為兩相靜止坐標系下的α軸電壓u_α、β軸電壓u_β、α軸電流i_α和β軸電流i_β，設置兩個輸出端分別為α軸的反電勢等效值以及β軸的反電勢等效值所述二階廣義積分濾波部分設置兩個輸入端為α軸的反電勢等效值及β軸的反電勢等效值分別與所述反電勢估計部分輸出端的反電勢等效值及反電勢等效值相連，并設置兩個輸出端分別為α軸的反電勢估計值以及β軸的反電勢估計值所述二階廣義積分濾波部分輸出的α軸的反電勢估計值與所述歸一化正交鎖相環的第一個α軸反電勢估計值輸入和第二個α軸反電勢估計值輸入相連，所述二階廣義積分濾波部分輸出的β軸的反電勢估計值與所述歸一化正交鎖相環的第一個β軸的反電勢估計值輸入和第二個β軸的反電勢估計值輸入相連，所述歸一化正交鎖相環設置兩個輸出端，分別為轉子位置估計值和轉子速度估計值

進一步地，所述的反電勢估計部分的包括電流觀測器部分、sigmoid函數部分、增益部分和減法器部分；

反電勢估計部分設置的四路輸入分別為α軸電壓u_α和β軸電壓u_β、α軸電流i_α和β軸電流i_β，其中，電流觀測器部分設置兩相靜止坐標系下的α軸電壓u_α輸入和β軸電壓u_β輸入，設置α軸估計電流輸出和β軸估計電流輸出，電流觀測器部分的輸出分別作為兩個減法器的輸入，同時減法器的輸入還包括α軸電流i_α和β軸電流i_β，α軸電流i_α與α軸估計電流的差值作為第一個減法器的輸出，β軸電流i_β與β軸估計電流的差值作為第二個減法器的輸出，兩個減法器輸出的電流差值經過sigmoid函數部分以及增益部分處理，得到兩路輸出信號為α軸的反電勢等效值以及β軸的反電勢等效值即得到反電勢估計部分的輸出也為α軸的反電勢等效值以及β軸的反電勢等效值