[發(fā)明專(zhuān)利]一種永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810190322.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108258946A
• 公開(kāi)（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(guó)廷;齊元豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P6/06
• 分類(lèi)號(hào): H02P6/06;H02P6/34;H02P21/00;H02P21/18;H02P25/064
• 代理公司: 青島高曉專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 37104
• 代理人: 黃曉敏

本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制方法，基于滑模控制原理和模型參考自適應(yīng)理論，設(shè)計(jì)一種SMC?MRAS速度觀(guān)測(cè)模型，以同步直線(xiàn)電機(jī)本身為參考模型，選取電機(jī)電流模型為可調(diào)模型，根據(jù)這兩個(gè)模型輸出參數(shù)的差值構(gòu)建滑模模型，并選取Sigmoid函數(shù)作為切換函數(shù)，能有效的減小系統(tǒng)的抖振，提高永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的速度控制精度，具有較強(qiáng)的魯棒性和可靠的動(dòng)靜態(tài)性能。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制方法，特別是一種高精度速度要求電機(jī)的控制方法。

背景技術(shù)：

直線(xiàn)電機(jī)與普通的旋轉(zhuǎn)電機(jī)不同，它是一種利用電能產(chǎn)生直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，它省去了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可直接進(jìn)行直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其最大特點(diǎn)是去掉了傳統(tǒng)電機(jī)傳動(dòng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)(如絲杠、齒輪或螺母)，把操作平臺(tái)的進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮減至零，即實(shí)現(xiàn)了“零傳動(dòng)”或“直接傳動(dòng)”。永磁同步直線(xiàn)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸傳遞力，剛性損耗小，模型簡(jiǎn)單，工作壽命長(zhǎng)，進(jìn)給加速度大最高可達(dá)20m/s。永磁同步直線(xiàn)電機(jī)(PMSLM)的高精度定位控制,需要實(shí)時(shí)獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置信息，傳統(tǒng)方法是利用位置或速度傳感器，增加傳感器勢(shì)必會(huì)增加成本、使電機(jī)體積變大、降低電機(jī)運(yùn)行的可靠性及魯棒性。因此，近年來(lái)直線(xiàn)電機(jī)的無(wú)傳感器控制成為國(guó)內(nèi)、外學(xué)者研究的重點(diǎn)。

無(wú)傳感器控制一般方法是采用一種無(wú)速度傳感器模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制,基于模型參考自適應(yīng)技術(shù)結(jié)合模型預(yù)測(cè)控制策略設(shè)計(jì)了觀(guān)測(cè)器，以精確估算轉(zhuǎn)子速度并減小轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈波動(dòng)、提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)特性；除此之外，利用速度觀(guān)測(cè)器或磁鏈觀(guān)測(cè)器增加狀態(tài)變量，也可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，這兩種方法在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，可以達(dá)到精準(zhǔn)控制，但是在電機(jī)剛啟動(dòng)或者運(yùn)行狀態(tài)變化時(shí)，上述兩種方法不能實(shí)時(shí)精確的估計(jì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度穩(wěn)定控制。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，針對(duì)傳統(tǒng)電機(jī)速度傳感器對(duì)電機(jī)造成的不穩(wěn)定、動(dòng)靜態(tài)速度跟蹤進(jìn)度差、額外增加成本等問(wèn)題，提出一種SMC-MRAS無(wú)速度傳感器跟蹤控制方法，以便更快、更精確地對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)永磁同步直線(xiàn)電機(jī)無(wú)速度傳感器控制的具體過(guò)程為：

(1)確定并分析永磁同步直線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)電機(jī)的渦流損耗、磁滯損耗，永磁同步直線(xiàn)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(guò)空間矢量脈沖寬度調(diào)制(SVPWM)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)模塊提供六路控制信號(hào)，通過(guò)控制信號(hào)的頻率和占空比來(lái)達(dá)到實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制；

永磁同步直線(xiàn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：