[發明專利]基于自適應滑模觀測器檢測電機轉子位置及轉速的方法

在審

• 申請號: 201811045137.3
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN108964546A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 金愛娟;楊曉潔;紀晨燁;李少龍;鄭天翔
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18;H02P6/182
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種基于自適應滑模觀測器檢測電機轉子位置及轉速的方法，用于檢測電機的轉子轉速及位置，包括如下步驟：步驟1，構造滑模觀測器狀態空間表達式，得到定子電流誤差的切換信號；步驟2，添加濾波器去掉高頻噪聲，得到定子電流誤差的切換信號；步驟3，構建FO?PLL鎖相環，計算出轉子位置以及轉速；以及步驟4，通過改進的粒子群優化算法辨識更新滑模觀測器中的定子電阻和定子電感參數。本發明的基于自適應滑模觀測器檢測電機轉子位置及轉速的方法可以即時精確地檢測無刷直流電機轉子位置及轉速。

技術領域

本發明具體涉及一種基于自適應滑模觀測器檢測電機轉子位置及轉速的方法。

背景技術

通過位置傳感器測量可以簡單地控制電機，但是在體積、成本、機殼溫度、檢測精度等多方面都存在著問題，傳感器的大量使用使得電氣連接數量增加，給抗干擾設計帶來一定困難。即便是最普遍使用的霍爾傳感器在溫度過高時也無法正常檢測，從而也限制其應用范圍。

無位置傳感器技術正是在上述背景下被提出。其中，可利用滑模觀測器來檢測電機的轉子位置及轉速，其基于滑模變結構思想，根據電機模型，將普通控制回路中的誤差信號換成變結構方式反饋后進行運算，使得系統通過某一路徑或平面高頻小幅度的往復切換運動，最終使得誤差得以消除，輸出所需要的變量值。

傳統的滑模觀測器在實際的控制系統中，整個切換過程總會存在和出現時間和空間上的滯后，存在大量的高頻率估計和系統運行慣性的影響,導致常見的滑模變結構抖振現象,那么估計的和隨后的位置估計含有大量的高頻抖振,可以直接影響到系統的存在來估計轉子位置和速度的影響。再者在傳統的滑模觀測器中，符號函數sign(x)多數時候被作為觀測器的控制函數使用，而它是一個不連續的分段函數，使其產生抖振現象。

傳統的滑模觀測器未考慮電機參數的變化引起的觀測誤差。隨著電機長時間運行，受到溫度環境等許多外部內部等條件的影響，電機參數會發生和出現非理想情況下的種種變化，逐漸地引起估算出的結果精度下降。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種基于自適應滑模觀測器能夠即時精準地檢測無刷直流電機轉子位置及轉速的方法。

本發明提供了一種基于自適應滑模觀測器檢測電機轉子位置及轉速的方法，用于檢測電機的轉子轉速及位置，其特征在于，包括如下步驟：步驟1，構造出電機在兩相靜止αβ坐標系下的滑模觀測器狀態空間表達式，得到電機的定子電流誤差的切換信號，

式中，e_α、e_β為定子電流誤差的切換信號，R_s、L_s分別為定子電阻、定子電感，為定子電流估計值，i_α、i_β為兩相靜止αβ坐標系下的電流值，u_α、u_β為兩相靜止αβ坐標系下的電壓值，A為可自調節的滑模切換增益，sign(x)為表示切換函數的符號函數；步驟2，添加自適應低通濾波器去掉高頻噪聲，得到光滑的反電勢估計信號其表達式為：其中，

式中，ω_c為濾波器截止頻率，ω_e為電機辨識轉速，j為虛數單位；步驟3，構建FO-PLL鎖相環，根據光滑的反電勢估計信號來計算轉子位置以及轉速

式中，k_e、k_p、k_i、r為常數，為估算反電勢信號后得到的轉子位置，為分數階鎖相環估算出的轉子位置，s為拉普拉斯算子；以及步驟4，通過改進的粒子群算法(IPSO)來更新當前定子電阻和定子電感參數R_s,L_s。

在本發明提供的基于自適應滑模觀測器檢測電機轉子位置及轉速的方法中，還可以具有這樣的特征：其中，步驟1中的切換函數為雙曲正切函數，其表達式為:式中，a為參數。