[發明專利]基于級聯非奇異終端滑模觀測器的無速度傳感器轉矩控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710793225.0
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107395080B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 趙凱輝;李鵬;張昌凡;何靜;李祥飛;李燕飛;殷童歡
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/28;H02P21/16;H02P21/20;H02P21/13
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1.一種基于級聯非奇異終端滑模觀測器的無速度傳感器轉矩控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，在dq坐標系以定子電流為狀態變量建立永磁同步電機數學模型

式中，x＝[i_d?i_q]^T，u＝[u_d?u_q]^T，L_d、L_q分別為d、q軸的電感，u_d、u_q分別為d、q軸的電壓，i_d、i_q分別d、q軸的電流，ψ_r為轉子永磁體磁鏈，ω_e為轉子電角速度，R_s為定子電阻；

步驟2，在dq坐標系中以定子電流為狀態變量，設計自適應非奇異終端滑模觀測器來實現永磁同步牽引電機轉子電角速度ω_e、轉子位置θ_e及定子電阻R_s的觀測；

式中，v＝[v_d?v_q]^T為觀測器的控制輸入量，分別為d、q軸電流的觀測值，為定子電阻的觀測值，為轉子電角速度觀測值；

其中，所述步驟2的具體過程為：

步驟2.1，定義電流觀測偏差為選取非奇異終端滑模面為式中，l∈R²，s＝[s₁?s₂]^T＝e，β＝diag(β₁,β₂)，β₁、β₂為大于0的常數，p、q為奇數且1p/q2；

步驟2.2，設計觀測器的控制輸入量為式

設計定子電阻參數自適應律為

設計轉子電角速度自適應律為

式中，k0，η0，μ0為設計參數，sgn(l)＝[sgn(l₁),sgn(l₂)]^T，k_R、k_ω為待調節的參數；

步驟2.3，當設計的自適應非奇異終端滑模觀測器全局范圍漸進穩定時，定子電阻的觀測值轉子電角速度觀測值

步驟2.4，根據轉子電角速度觀測值來計算轉子位置觀測值

步驟3，根據有效磁鏈的定義ψ_ext＝ψ_r+(L_d-L_q)i_d，在αβ坐標系中建立基于有效磁鏈的永磁同步電機數學模型

式中，x'＝[i_α?i_β]^T，u'＝[u_α?u_β]^T，d＝[ψ_ext,α?ψ_ext,β]^T，C＝I，u_α、u_β分別為αβ坐標系定子電壓分量，i_α、i_β分別為αβ坐標系定子電流分量；

步驟4，在αβ坐標系中設計有效磁鏈非奇異終端滑模觀測器來實現有效磁鏈觀測值的觀測；

式中，ζ＝[ξ_d?ξ_q]^T為觀測器的控制輸入量；

其中，所述步驟4的具體過程為：

步驟4.1，將自適應滑模觀測器觀測出的轉子電角速度觀測值和定子電阻的觀測值輸入到有效磁鏈滑模觀測器中，形成級聯非奇異終端滑模觀測器；

步驟4.2，當設計的有效磁鏈滑模觀測器全局范圍漸進穩定時，Ed＝ζ；

步驟4.3，根據電流觀測值來計算有效磁鏈觀測值d＝E^-1ζ；

步驟5，根據級聯滑模觀測器輸出的電流觀測值和有效磁鏈來估算電機反饋轉矩信號

步驟6，將估算的電機反饋轉矩信號與給定轉矩形成轉矩閉環，從而實現永磁同步牽引電機轉矩的精確控制。