[發(fā)明專利]基于模糊變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)觀測器的永磁同步電機狀態(tài)估計方法

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• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108390605A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許波;許健;姬偉;沈曉康
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/26;H02P25/026
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本發(fā)明公開了基于模糊變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)觀測器的永磁同步電機狀態(tài)估計方法，根據(jù)實時檢測到的定子電壓和定子電流，構(gòu)造了一種新型模型參考自適應(yīng)觀測器對轉(zhuǎn)速進行估計。該類新型觀測器的特征在于通過對傳統(tǒng)模型參考自適應(yīng)觀測器中純積分器進行改進以及引入定子磁鏈觀測誤差的PI校正環(huán)節(jié)，解決了觀測器中純積分環(huán)節(jié)所帶來的直流偏置和誤差積累問題。同時，針對系統(tǒng)不能在較大的速度范圍內(nèi)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測問題，設(shè)計了一種模糊變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)律。本發(fā)明的永磁同步電機狀態(tài)估計方法即使在存在直流偏置和誤差積累的情況下仍具有較好的估計性能，提高了對轉(zhuǎn)子位置和速度的動態(tài)追蹤性能和估計精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于永磁同步電機無位置傳感器控制領(lǐng)域,尤其涉及一種基于模糊變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)觀測器的永磁同步電機狀態(tài)估計方法。

背景技術(shù)

近幾十年來，永磁同步電動機以其體積小、效率高、功率密度大、動態(tài)性能好等優(yōu)點在高性能伺服系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。對于永磁同步電機的矢量控制而言，獲得準確的位置和速度信息十分關(guān)鍵。轉(zhuǎn)子的位置和速度可以通過在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上安裝機械傳感器例如光電編碼器來檢測，但這些傳感器不僅增加了成本而且降低了系統(tǒng)的可靠性，同時限制了永磁同步電機的應(yīng)用范圍。因此，研究永磁同步電機無傳感器技術(shù)具有重要的理論和實用價值。

經(jīng)過國內(nèi)外學者多年的研究和總結(jié)，無傳感器控制主要形成了以下幾種被廣為認可的方法：利用PMSM基本電磁關(guān)系估算位置和轉(zhuǎn)速，這種方法計算簡單，動態(tài)響應(yīng)快，然而它對電機參數(shù)特別敏感，且電機轉(zhuǎn)速較低時估計不準確，不能用于要求電機正反轉(zhuǎn)的場合；基于觀測器的PMSM轉(zhuǎn)子位置和速度估計方法，但是這種方法算法復(fù)雜，計算量大，同時某些基于觀測器的估計方法需要用到許多隨機誤差的統(tǒng)計參數(shù)，模型復(fù)雜，涉及因素較多，使得分析這些參數(shù)的工作比較困難；高頻注入的方法，通過給電機注入高頻電壓，并檢測其相應(yīng)的電流來獲取轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速。該方法雖然可以應(yīng)用于較寬的速度范圍且低速時也可得到較好的估算結(jié)果，但是高頻信號的注入會帶來高頻噪聲，且需要特殊的硬件電路，只適用于內(nèi)埋式電機；利用永磁電機凸極效應(yīng)來估算轉(zhuǎn)子位置和速度的方法。利用檢測到的電壓和電流值，計算出在這個位置時的電感，并與預(yù)先制定的表格中的電感值相比較，進而確定轉(zhuǎn)子位置。由于暫態(tài)和低速時不容易準確地測量定子電壓，計算得到的電感值也會有偏差。

模型參考自適應(yīng)法，常利用電機的磁鏈模型或電流模型計算參考模型與可調(diào)模型的差值，通過PI調(diào)節(jié)器自適應(yīng)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以很好辨識出電機中高速時的電機轉(zhuǎn)子位置和速度，但傳統(tǒng)模型參考自適應(yīng)觀測器在磁鏈觀測的純積分環(huán)節(jié)帶來誤差累計和直流偏置問題嚴重影響了估算精度，這種情況在低速時特別明顯。

發(fā)明內(nèi)容

為解決傳統(tǒng)模型參考自適應(yīng)觀測器所存在的問題，本發(fā)明提出一種能夠有效解決傳統(tǒng)模型參考自適應(yīng)觀測器中存在的誤差累計和直流偏置問題，提高對永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置和速度的動態(tài)追蹤性能和估計精度的估計方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是基于模糊變結(jié)構(gòu)模型參考自適應(yīng)觀測器的永磁同步電機狀態(tài)估計方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)造新型模型參考自適應(yīng)觀測器，利用所構(gòu)造的新型模型參考自適應(yīng)觀測器進行磁鏈觀測，包括：

檢測電機的三相繞組電流i_a、i_b、i_c，通過CLARK變換得到定子電流在兩相靜止坐標系下α、β軸的分量i_α、i_β，根據(jù)定子電流在α、β軸的分量i_α、i_β，定子電流估計值在α、β軸的分量以及定子電壓在α、β軸的分量u_α、u_β構(gòu)造一種新型模型參考自適應(yīng)觀測器，利用所構(gòu)造的新型模型參考自適應(yīng)觀測器進行磁鏈觀測，得到系統(tǒng)誤差e；

步驟2，對磁鏈觀測得到的系統(tǒng)誤差e經(jīng)模糊變結(jié)構(gòu)自適應(yīng)律環(huán)節(jié)的處理提取出轉(zhuǎn)子位置和速度