[發(fā)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

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• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108599645A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，具體步驟如下：首先根據(jù)表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的數(shù)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；然后對滑模電流觀測器方程進行穩(wěn)定性分析，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，對反電動勢觀測器方程進行穩(wěn)定性分析；其次在滑模電流觀測器的基礎上，對電機的定子電阻進行辨識，最后根據(jù)電機運行的轉速實時調節(jié)反饋增益，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術中存在的滑模觀測器中觀測信號抖振現(xiàn)象較大，需要進行低通濾波和轉子角度補償且觀測精度不高的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于電機無位置傳感器控制技術領域，具體涉及一種基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法。

背景技術

由于永磁同步電機具有良好的物理性能、適于在寬轉速范圍下運行，并且功率密度較高，因此在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。雖然利用轉子的位置和轉速可以實現(xiàn)對永磁同步電機精確地控制，但是安裝位置傳感器會帶來一些問題，比如增加系統(tǒng)的成本，降低系統(tǒng)的可靠性。為了解決這一問題，永磁同步電機的無位置傳感器控制成為了研究熱點，并且提出了許多的無位置傳感器控制策略。滑模觀測器(Sliding Mode Observer，SMO)易于實現(xiàn)，對擾動具有較強的魯棒性并且具有良好的動態(tài)性能，因而在無位置傳感器控制中得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的滑模觀測器采用符號函數(shù)作為開關函數(shù)，因此會產生劇烈的抖振現(xiàn)象。為了減弱抖振現(xiàn)象，需要采用低通濾波器分離觀測的反電動勢信號，然而低通濾波器的引入會造成相位的滯后，因此需要利用角速度信息對轉子位置進行補償。由于角速度信息也是通過觀測得到的，因此無法滿足高精度控制的需求。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，解決了現(xiàn)有技術中存在的滑模觀測器中觀測信號抖振現(xiàn)象較大，需要進行轉子角度補償且觀測精度不高的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是，基于滑模觀測器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、根據(jù)表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的數(shù)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(wěn)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(wěn)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(jù)電機運行的轉速實時調節(jié)反饋增益。

本發(fā)明的特點還在于，

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(shù)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(jù)表貼式永磁同步電機在兩相靜止坐標系下的數(shù)學模型構建以sigmoid函數(shù)作為控制函數(shù)的滑模電流觀測器方程如下：

其中a為可調參數(shù)，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。