[發(fā)明專利]基于平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811184495.2
• 申請(qǐng)日: 2018-10-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109150029B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王艷敏;楊銘洋;于玲;管賀詩(shī);買永鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P6/182
• 分類號(hào): H02P6/182
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高倩

基于平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法，涉及無(wú)位置傳感器技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中因外加濾波環(huán)節(jié)而產(chǎn)生相位滯后問(wèn)題，需要對(duì)轉(zhuǎn)角估算進(jìn)行補(bǔ)償，從而不能準(zhǔn)確的獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的問(wèn)題。在αβ軸坐標(biāo)系下，采用平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器對(duì)永磁同步電機(jī)的定子電流進(jìn)行跟蹤，得到定子電流偏差；定子電流偏差在連續(xù)滑模運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，定子電流偏差經(jīng)過(guò)滑模面的處理，再經(jīng)過(guò)平滑非奇異終端滑模控制律中的切換作用和積分作用，得到不含高頻切換的輸出向量u，從而獲得反電動(dòng)勢(shì)；根據(jù)反電動(dòng)勢(shì)獲得永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置。它用于準(zhǔn)確獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法，屬于無(wú)位置傳感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

(1)現(xiàn)有的基于滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法存在相位延遲及轉(zhuǎn)角補(bǔ)償問(wèn)題，導(dǎo)致觀測(cè)精度低，且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

在永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信息的獲取通常采用機(jī)械傳感器和基于觀測(cè)器的無(wú)位置傳感器，相比下，機(jī)械式傳感器具有成本高、硬件系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜、體積大、效率低等缺點(diǎn)，使得無(wú)位置傳感器技術(shù)成為新興的研究熱點(diǎn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)位置傳感器技術(shù)通過(guò)電機(jī)定子的電壓和電流信息來(lái)準(zhǔn)確估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速，當(dāng)采用滑模觀測(cè)器實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的無(wú)位置傳感器技術(shù)時(shí)，多以現(xiàn)有滑模切換控制方法應(yīng)用居多，轉(zhuǎn)子位置和速度的值是通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)值獲得，而電機(jī)反電勢(shì)又與滑模觀測(cè)器的控制信號(hào)有關(guān)，在高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)中必然包含大量不連續(xù)性信號(hào)，所以在實(shí)際應(yīng)用中需要低通濾波器。但加入低通濾波器將必然導(dǎo)致相位偏移現(xiàn)象，產(chǎn)生相位滯后問(wèn)題。如果截止頻率較低或電機(jī)速度較高，相對(duì)相位偏移將更加嚴(yán)重，因此在需要對(duì)轉(zhuǎn)角估計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償。

(2)在基于現(xiàn)有滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中，低通濾波器的截止頻率、濾波時(shí)間常數(shù)等關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，難以確定卻制約著實(shí)際系統(tǒng)的觀測(cè)性能。

在基于現(xiàn)有滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中，由于切換控制率中包含大量不連續(xù)性信號(hào)，通過(guò)求取電機(jī)反電勢(shì)以獲得轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信息時(shí)需要額外增加低通濾波環(huán)節(jié)1/(τs+1)以實(shí)現(xiàn)信號(hào)平滑，即有:

其中，和為αβ坐標(biāo)系下電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的觀測(cè)值，和是對(duì)應(yīng)的定子電流偏差，τ是濾波時(shí)間常數(shù)，其選取既要滿足消除高次諧波，又要實(shí)現(xiàn)信號(hào)連續(xù)。

此外，在進(jìn)行對(duì)低通濾波器的選擇時(shí)，考慮到由于濾波器的存在，進(jìn)而會(huì)引起反電勢(shì)幅值的衰減問(wèn)題，同時(shí)隨轉(zhuǎn)速值提升，這種衰減會(huì)增大，因此應(yīng)該對(duì)低通濾波器的衰減做補(bǔ)償，補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)角估計(jì)值為:

式中，為轉(zhuǎn)速估計(jì)值，ω_cutoff是低通濾波器的截止頻率。可見(jiàn)，在實(shí)際過(guò)程中，轉(zhuǎn)子滑模觀測(cè)器的估計(jì)與相位偏移及低通濾波器截止頻率都和當(dāng)前電機(jī)的速度大小密切相關(guān)：如果截止頻率較低或電機(jī)速度較高，則相對(duì)相位偏移將更加嚴(yán)重，這意味著轉(zhuǎn)角補(bǔ)償值是一個(gè)時(shí)間變量。

綜合以上分析，基于現(xiàn)有滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中會(huì)因外加濾波環(huán)節(jié)而存在多參數(shù)選擇難點(diǎn)，且目前還沒(méi)有確定的參數(shù)整定方法，進(jìn)而最終影響永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置的觀測(cè)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)中因外加濾波環(huán)節(jié)而產(chǎn)生相位滯后問(wèn)題，需要對(duì)轉(zhuǎn)角估算進(jìn)行補(bǔ)償，從而不能準(zhǔn)確的獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速的問(wèn)題。現(xiàn)提供基于平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法。

基于平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器的永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、在αβ軸坐標(biāo)系下，采用平滑非奇異終端滑模觀測(cè)器對(duì)永磁同步電機(jī)的定子電流進(jìn)行跟蹤，得到定子電流偏差；