[發明專利]一種永磁同步電機轉子位置全階滑模觀測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811246084.1
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109600082B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 王要強;馮玉濤;朱亞昌;李明輝;林萬里;海德倫;陳根永;董亮輝;李忠文;齊歌;韓云飛;孫世偉
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/24;H02P25/022
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 黃紅梅;宋文龍

1.一種永磁同步電機轉子位置全階滑模觀測裝置的觀測方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟一、永磁同步電機兩相靜止坐標系下的定子電壓u_s，經全階滑模觀測器(1)觀測后輸出定子電流觀測值以所述電流觀測值與定子電流值i_s的差值作為定子電流觀測誤差

步驟二、將定子電流觀測誤差經飽和函數處理模塊(2)后輸出永磁同步電機兩相靜止坐標系下的滑模函數控制矢量F(S)；

步驟三、將所述滑模函數控制矢量F(S)經滑模增益矩陣G₁后得到永磁同步電機兩相靜止坐標系下的反電動勢觀測誤差

步驟四、將所述反電動勢觀測誤差反饋給全階滑模觀測器(1)作為其輸入，經過全階滑模觀測器(1)后輸出反電動勢觀測值

步驟五、將所述反電動勢觀測值作為狀態變量反饋回全階滑模觀測器(1)參與更新計算，將所述反電動勢觀測值經鎖相環模塊(3)處理后輸出永磁同步電機轉子位置觀測值和轉速觀測值所述轉子位置觀測值反饋給鎖相環模塊(3)作為其輸入，所述轉速觀測值還反饋給全階滑模觀測器(1)作為其輸入；

其中：兩相靜止坐標系下定子電壓u_s＝[u_α u_β]^T，u_α為α軸定子電壓，u_β為β軸定子電壓；

定子電流觀測值為α軸定子電流觀測值，為β軸定子電流觀測值；

定子電流i_s＝[i_α i_β]^T，i_α為α軸定子電流，i_β為β軸定子電流；

反電動勢觀測值為α軸反電動勢觀測值，為β軸電動勢觀測值；

反電動勢觀測誤差為α軸反電動勢觀測誤差，為β軸電動勢觀測誤差；

所述定子電流i_s根據公式

獲取，

其中：i_a、i_b和i_c為永磁同步電機的三相定子電流；

所述全階滑模觀測器(1)中定子電流觀測值和反電動勢觀測值按公式

獲取，

其中：B₁＝D，為滑模增益矩陣，g_r、m_r為設定的滑模觀測器的開關增益值，R為永磁同步電機定子電阻值，L_s為永磁同步電機定子電感值；

所述滑模增益矩陣G₁中的滑模觀測器開關增益g_r與轉速成比例關系，為g_r＝(ω_ref/ω₀)g₀；其中，ω_ref、ω₀分別為永磁同步電機轉速參考值和額定轉速，g₀為給定開關增益基準值；

所述飽和函數處理模塊(2)中滑模函數控制矢量F(S)按照公式

獲取，

其中：λ＝2π/δ；δ為雙曲正切飽和函數的邊界層厚度；

所述鎖相環模塊(3)的工作過程為：

步驟51、對永磁同步電機轉子位置觀測值進行余弦運算后與α軸反電動勢觀測值相乘，即對永磁同步電機轉子位置觀測值進行正弦運算后與β軸反電動勢觀測值相乘，即

步驟52、對步驟51中得到的和進行外差法運算，得經過外差處理后的永磁同步電機轉子位置誤差信號κ

步驟53、將所述轉子位置誤差信號κ經過比例放大和積分環節后，得到永磁同步電機轉速觀測值對電機轉速觀測值進行積分環節處理得到轉子位置觀測值以轉子位置觀測值為鎖相環模塊(3)的反饋信號，依次往復，構成完整的鎖相環位置跟蹤結構。

2.一種采用權利要求1所述觀測方法進行觀測的永磁同步電機轉子位置全階滑模觀測裝置，其特征在于：該裝置包括全階滑模觀測器(1)、飽和函數處理模塊(2)和鎖相環模塊(3)；

所述全階滑模觀測器(1)設置有兩相靜止坐標下的定子電壓u_s輸入端、反電動勢觀測值狀態變量輸入端、轉子轉速觀測值輸入端和兩相靜止坐標系下的反電動勢觀測誤差輸入端；

所述全階滑模觀測器(1)的定子電流觀測值輸出端與定子電流值i_s作差后經所述飽和函數處理模塊(2)輸出永磁同步電機兩相靜止坐標系下的滑模函數控制矢量F(S)；所述滑模函數控制矢量F(S)經滑模增益矩陣G₁后作為所述全階滑模觀測器(1)的反電動勢觀測誤差輸入端；

所述全階滑模觀測器(1)的反電動勢觀測值作為全階滑模觀測器的狀態變量反饋回所述全階滑模觀測器(1)參與更新計算，所述全階滑模觀測器(1)的反電動勢觀測值的輸出端連接所述鎖相環模塊(3)的輸入端，所述鎖相環模塊(3)的轉子位置觀測值輸出端作為輸入反饋回所述鎖相環模塊(3)；所述鎖相環模塊(3)的轉速觀測值作為輸入反饋回所述全階滑模觀測器(1)。