[發(fā)明專利]一種永磁同步直線電機(jī)的無速度傳感器控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810190322.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開（公告）號(hào): CN108258946A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱;李立偉;李玉浩;周艷婷;朱磊;董鵬;夏國廷;齊元豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P6/06
• 分類號(hào): H02P6/06;H02P6/34;H02P21/00;H02P21/18;H02P25/064
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

1.一種永磁同步直線電機(jī)的無速度傳感器控制方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)永磁同步直線電機(jī)無速度傳感器控制的具體過程為：

(1)確定并分析永磁同步直線電機(jī)狀態(tài)參數(shù)，包括參考模型的dq軸電流i_d和i_q以及可調(diào)模型dq軸電流和將永磁同步直線電機(jī)作為參考模型，并聯(lián)可調(diào)模型為電流模型，根據(jù)i_d與以及i_q與的誤差構(gòu)建滑模面S，其中坐標(biāo)變換abc-αβ公式為：

兩相靜止坐標(biāo)系變兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換公式αβ-dq為：

忽略電機(jī)鐵心的磁飽和，永磁體的磁導(dǎo)率為0，不計(jì)永磁同步直線電機(jī)的渦流損耗、磁滯損耗，永磁同步直線電機(jī)的d-q坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為：

式中U_d和U_q為電機(jī)定子d、q軸的電壓，L_q和L_d分別為d、q軸的定子電感，對(duì)于表面式PMSLM，L_q＝L_q；Ф_d為d軸磁鏈；

PMSLM的推理方程為：

由公式可知，采用i_d＝0的控制方式使電機(jī)的推力達(dá)到最大，通過空間矢量脈沖寬度調(diào)制技術(shù)為驅(qū)動(dòng)模塊提供六路控制信號(hào)，通過控制信號(hào)的頻率和占空比來達(dá)到實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制；

永磁同步直線電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：

式中M為電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量，F(xiàn)_L為電機(jī)負(fù)載大小，B為電機(jī)摩擦系數(shù)；

第二步，建立SMC-MRAS速度觀測模型，SMC-MRAS速度觀測模型包括電機(jī)參考模型和電機(jī)可調(diào)模型，其中電機(jī)參考模型為電機(jī)參數(shù)數(shù)學(xué)模型，其方程為：

τ_e＝n_p[(L_d-L_q)i_di_q+Φi_q]

電機(jī)可調(diào)模型方程為：

式中，

令i′_q＝i_q，u'_q＝u_q，則上式簡化為：

式中：為定子電流估計(jì)值d、q軸分量，為定子角速度估計(jì)值；定義狀態(tài)誤差則i_d與的誤差以及i_q與的誤差表示為：

利用誤差構(gòu)造如下滑模面：

SMC-MRAS速度觀測模型的估計(jì)速度為

其中sigmoid函數(shù)為通過改變sigmoid函數(shù)中的參數(shù)，控制其突變的時(shí)間和幅度，其中a和b值控制輸出突變的負(fù)值，c值控制輸出突變的時(shí)間，d值調(diào)節(jié)sigmoid函數(shù)的斜度，m值控制跳變的范圍；最后通過速度傳遞函數(shù)與低通濾波器得到速度估計(jì)值：

根據(jù)Popov超穩(wěn)定原理，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，顯然當(dāng)M選擇的足夠大時(shí)，當(dāng)s>0，則當(dāng)s<0，則即滿足廣義滑模的存在條件；

第三步，搭建永磁同步直線電機(jī)模型，永磁同步直線電機(jī)模型以電機(jī)三相電壓U_abc、電機(jī)磁鏈F_f、以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩F_L為輸入量，輸出量為電磁轉(zhuǎn)矩F_e、電機(jī)轉(zhuǎn)速V、電機(jī)三相電流I_abc、電機(jī)轉(zhuǎn)角theta，通過以下永磁同步直線電機(jī)狀態(tài)方程建立模型：

τ_e＝n_p[(L_d-L_q)i_di_q+Φi_q]

第四步，在Matlab/Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿測試，采用i_d＝0的控制方式，電流控制器與速度控制器都采用PI控制，其中速度反饋信號(hào)和位置信號(hào)來自SMC-MRAS速度觀測模型，SMC-MRAS速度觀測模型的切換函數(shù)參數(shù)選取為：a＝b＝0.5，c＝0，d＝500，m＝1，滑模系數(shù)按照滑模存在條件設(shè)為10000，低通濾波器截至頻率設(shè)為5kHz，電機(jī)電壓為310V；

第五步，分析永磁同步直線電機(jī)滑模-自適應(yīng)(SMC-MRAS)速度觀測模型的可靠性與先進(jìn)性，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1N，0.2秒時(shí)變?yōu)?N情況下，永磁同步直線電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速為200r/s，其轉(zhuǎn)速最大誤差在4r/s以內(nèi)，穩(wěn)定誤差小于1r/s，誤差率在0.5％以內(nèi)，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)；當(dāng)額定轉(zhuǎn)速由150r/s突變直200r/s且負(fù)載轉(zhuǎn)矩為3N，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速估計(jì)仍然精確穩(wěn)定；最大轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差在5r/s以內(nèi)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差仍小于1r/s。