[實用新型]基于滑模觀測器的電機驅動系統

有效

• 申請號: 201720386859.X
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN206712688U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 劉若珂
• 申請（專利權）人: 劉若珂
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/20;H02P6/00;H02P21/00;H02P21/18;H02P21/34;B60L15/20
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

總的而言本實用新型涉及電機，特別涉及一種基于滑模觀測器的電機驅動系統。

背景技術

電動車輛，例如電動汽車，越來越受到人們的青睞。目前電動汽車的驅動一般采用蓄電池+永磁電機的模式，控制系統采用開環/閉環控制。對于開環控制而言，車輛(車速)不能精確的跟隨給定，已逐步淘汰。在閉環控制中，當前一般采用速度閉環控制方式，其采用傳統的PID調節器對給定速度與實際速度的偏差進行調節，根據調整結果控制逆變器的輸出。這種控制方式，系統響應速度慢，調整過程中易出現超調，實際速度圍繞設定值長時間振動，這樣就造成在車輛提速過程中駕駛者感覺車速不穩定。機械位置傳感器能實現轉子位置的高精度檢測，但通常價格高昂，易受環境條件限制，而且存在增加電機轉子轉動慣量、增大系統體積及系統可靠性降低等缺點。除此之外，目前電動車輛一般采用斬波升壓(boost)的方式對蓄電池的輸出電壓進行升壓，這種方式開關管損耗大，功率因數低。

實用新型內容

針對現有技術的缺陷，本實用新型提供了一種基于滑模觀測器的電機驅動系統。

一種基于滑模觀測器的電機驅動系統，包括：DC/DC變換單元、逆變器、永磁電機、MCU，角生成器以及滑模觀測器；所述DC/DC變換單元與電池相連，DC/DC變換單元的輸出端連接逆變器，逆變器與永磁電機相連；驅動系統采用轉速外環、電流內環的雙閉環結構，它包括Cark變換模塊、Park變換模塊、滑模觀測器、角生成器、分數階PID調節器、電流調節器、Park逆變換模塊、脈沖寬度調制模塊和逆變器；滑模觀測器通過開關S2與過渡器相連，角生成器也與過渡器相連，過渡器輸出轉子位置θ和實際轉速ωm；轉子位置θ與Park逆變換模塊的轉子位置數據輸入端連接；轉速ωm與第一比較器的反向輸入端相連，第一比較器的正向輸入端與轉速給定信號相連，第一比較器的輸出端與分數階PID調節器的輸入端連接；分數階PID調節器的輸出端連接第二比較器的正向輸入端，第二比較器的反向輸入端與Park變換模塊的q軸電流輸出端相連；d軸電流給定值與第三比較器的正向輸入端相連，第三比較器的反向輸入端與Park變換模塊的d軸電流輸出端相連；第二比較器和第三比較器的輸出端與電流調節器相連，電流調節器的輸出端通過Park逆變換模塊與脈沖寬度調制模塊相連，脈沖寬度調制模塊輸出調制信號至逆變器。

可選的，所述DC/DC變換單元包括電感L、串聯連接的晶體管Q1與Q2，晶體管Q1與Q2分別反并聯有二極管D1與D2；電感L一端經由開關SR1連接到電池的正極，另一端連接到晶體管Q1與晶體管Q2之間的中間點；電容C1的一端連接于開關SR1與電感L之間，另一端接電池負極，電容器C1對電池電壓進行平滑；晶體管Q1與Q2串聯后與電容C2并聯，電容C2作為DC/DC變換單元的輸出電容，逆變器連接于電容C2的兩端。

本實用新型的有益效果是：采用轉速外環、電流內環的雙閉環控制結構，轉速可以快速跟隨給定，提高了系統響應速度；通過采用分數階PID使得系統具有了更大的調節范圍，獲得了比傳統PID更好的控制品質及更強的魯棒性；利用滑模觀測器對電機轉子位置角進行觀測，利用角生成器進行電機啟動，從而取代了傳統的機械位置傳感器，降低了系統成本，提高了可靠性。

附圖說明

圖1為本實用新型系統整體結構示意圖；

圖2為本實用新型驅動系統的結構示意圖；

圖3為滑模觀測器的結構示意圖；

圖4為飽和函數曲線圖；

圖5為DC/DC變換單元的結構示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細的說明，使本實用新型的上述及其它目的、特征和優勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。