[發明專利]一種基于神經網絡控制器的無傳感器無刷直流電機換相誤差校正方法

有效

• 申請號: 201711062666.X
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107579684B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 周新秀;陳曦;周詠平;曾凡銓
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;上海航天控制技術研究所
• 主分類號: H02P6/182
• 分類號: H02P6/182;H02P21/00
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明涉及一種基于神經網絡控制器的無傳感器無刷直流電機換相誤差校正方法。首先根據電機的線電壓差提取電機反電勢過零點，然后采用自適應神經網絡控制器來校正相位誤差，誤差收斂速度快，對參數攝動等影響適應性強。神經網絡控制器由輸入層，隱層和輸出層組成，輸入層接收相反電勢電壓差誤差及其積分作為兩個輸入節點，輸入層到隱層和隱層到輸出層分別由W1和W2加權因子連接，通過合理選擇控制器學習率，可以得到誤差快速收斂的控制性能。此閉環系統的穩定性條件由李雅普諾夫穩定性理論分析得到。

技術領域

本發明涉及無刷直流電機的技術領域，具體涉及一種基于神經網絡控制器的無傳感器無刷直流電機轉子換相誤差校正方法，適用于工業、航天控制等領域，實現無位置傳感器無刷直流電機精確換相。

背景技術

無刷直流電機因其高功率密度、高效率、高轉矩慣量比、結構緊湊等優點廣泛應用于工業、機器人產業、汽車、航天及軍事領域。傳統的無刷直流電機需要位置傳感器提供轉子位置信息以實現準確的換相控制，然而，位置傳感器的安裝不但增加了設備成本，也對電機的日常維護提出了更高的要求，同時也降低了系統整體的穩定性和可靠性。特別是在一些對可靠性要求極高的應用場合如軍事和航天應用中，位置傳感器的錯誤可能引發嚴重的問題。為了避免上述不利影響，無位置傳感器電機驅動技術被廣泛應用于無刷直流電機。在眾多的無位置傳感器驅動方法中，反電勢過零點檢測法因其簡單易實現和高可靠性等優點應用最多。然而，由于低通濾波、電樞反應及器件延遲等帶來的影響，由反電勢過零點檢測法所生成的換相信號不可避免地會伴隨著換相誤差。雖然誤差可以直接計算或由PI控制器校正，然而由于電機的強非線性，它可能受到反電勢諧波系數，轉子速度和環境溫度的影響。如果使用常規控制器，則在發生電動機參數擾動的條件下，誤差校正的效果會降低。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：反電勢過零點檢測法所生成的換相信號不可避免地會伴隨著換相誤差，然而常規控制器受電機參數擾動較大，本發明針對換相誤差收斂速度和系統的穩定性問題，提出一種自適應神經網絡換相誤差校正方法。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案是：一種基于神經網絡控制器的無傳感器無刷直流電機換相誤差校正方法，根據線電壓差檢測過零點并提取基本換相信息，然后通過自適應神經網絡控制器補償換相誤差，實現無刷直流電機無傳感器控制的高精度高穩定度換相控制。

本發明的原理是：

1.相位誤差的校正原理

電機準確換相時，相反電勢信號為對稱的梯形波。當換相存在誤差時，相反電勢信號會出現明顯的畸變，波形不再對稱：滯后換相時，導通前比導通結束時反電勢電壓明顯偏大；超前換相時，導通前比導通結束時反電勢電壓明顯偏小。可以發現，兩點處的反電勢差可用于指示換向誤差。本發明正是利用此偏差計算換相誤差，故需要采樣兩時刻的反電勢電壓值。反電勢差與換向誤差的關系可以表示為非線性函數：

△u＝f(α) (16)

其中△u是反電勢差，α是換向誤差。

2.基于神經網絡的校正方法

首先，進行過零點檢測以提供基本的換相信息，然后根據電機換相前后反電勢電壓差△u作為反饋量送入神經網絡校正控制器，并將控制器輸出的偏差補償量與基本換相信息融合后控制電機換相。

(1)基本換相信息的獲取：

無刷直流電機相電壓方程可以寫成

其中下標x＝a、b、c，u_x是直流端對地電壓，u_n是中性點對地電壓，i_x是相電流，R是相電阻，L是相電感，e_x是相反電勢。以x相和y相為導通相，另一相為非導通相為例，線電壓可根據公式得出，