[發明專利]基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法

在審

• 申請號: 201810349600.7
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108599645A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 周長攀;唐偉;孫向東;周兆吉
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/24
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

1.基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1、根據表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的數學模型，以定子電流的觀測誤差作為滑模面，列寫滑模電流觀測器方程；

步驟2、對滑模電流觀測器方程進行穩定性分析；

步驟3、在滑模電流觀測器的基礎上，基于反電動勢模型構建反電動勢觀測器方程用于分離反電動勢信號進而估算轉子位置和轉速；

步驟4、對反電動勢觀測器方程進行穩定性分析；

步驟5、在滑模電流觀測器的基礎上，對電機的定子電阻進行辨識；

步驟6、根據電機運行的轉速實時調節反饋增益。

2.根據權利要求1所述的基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1、表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的數學模型，如下式所示：

式中，i_α、i_β、u_α、u_β以及e_α、e_β分別為兩相靜止坐標系下的相電流、相電壓以及反電動勢分量，R_s為定子相電阻，L_s為定子相電感，Ψ_f為永磁體磁鏈，ω_r為轉子電角速度，θ為轉子位置；

步驟1.2、根據表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的數學模型構建以sigmoid函數作為控制函數的滑模電流觀測器方程如下：

其中a為可調參數，為定子電流在兩相靜止坐標系下的觀測值，k為觀測器的反饋增益。

3.根據權利要求2所述的基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟2選取Lynapunov函數對電流觀測器方程進行穩定性分析，具體按照以下步驟實施：

步驟2.1、Lynapunov函數為以下形式：

其中，為選取的滑模面，為定子電流觀測值，i_s＝[i_α i_β]^T為定子電流測量值，根據Lynapunov第二法，當系統滿足：時，此時系統是漸進穩定的，滑模電流觀測器的穩定條件如下：

步驟2.2、由步驟1中表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的電流方程以及在其基礎上構建的電流觀測器方程，得到電流誤差方程為：

其中：

步驟2.3、滑模觀測器的穩定性方程為：

步驟2.4、令得到反饋增益k的取值范圍為：

k＞max(e_α,e_β)。

4.根據權利要求3所述的基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟3具體為：

假定在一個開關周期內，電角速度的變化率為零，即此時永磁同步電機的反電動勢模型表示為：

根據上式，可以構建反電動勢觀測器：

其中l是觀測器增益，l>0，分別為兩相靜止坐標系下的反電動勢觀測值和電角速度觀測值，通過鎖相環獲取轉子的角度信息，轉速估計值表達式如下：

5.根據權利要求4所述的基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，所述步驟4具體為：

步驟4.1、反電動勢觀測器的誤差方程為：

其中分別為反電動勢和轉速的觀測誤差；

步驟4.2、選取Lyapunov函數為：

對上式求微分：

進一步化簡，得到：

由于l>0，因此反電動勢觀測器始終是漸進穩定的。