[發明專利]基于轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑??刂品椒?/span>有效
| 申請號: | 202010153604.5 | 申請日: | 2020-03-06 |
| 公開(公告)號: | CN111342720B | 公開(公告)日: | 2021-06-29 |
| 發明(設計)人: | 王浩平;李俞志;田楊 | 申請(專利權)人: | 南京理工大學 |
| 主分類號: | H02P21/00 | 分類號: | H02P21/00;H02P21/13 |
| 代理公司: | 南京理工大學專利中心 32203 | 代理人: | 陳鵬 |
| 地址: | 210094 *** | 國省代碼: | 江蘇;32 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關鍵詞: | 基于 轉矩 觀測 永磁 同步電機 自適應 連續 控制 方法 | ||
1.一種基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑??刂品椒?,其特征在于,包括以下步驟:
步驟1、建立永磁同步電機的數學模型,包括三相靜止坐標系下的永磁同步電機電壓和電磁轉矩方程,然后利用坐標變換得到dq坐標系下的電壓和電磁轉矩方程;具體為:
其中ud為d軸上的定子電壓分量;uq為q軸上的定子電壓分量;id為d軸上的定子電流分量;iq為q軸上的定子電流分量;Ld表示d軸電感;Lq表示q軸電感;ψf為永磁體產生的耦合磁鏈;ωe為電角速度;ωm表示電機實際轉速;Te為輸出電磁轉矩;Rs為每相繞組電阻;J為電機轉動慣量;Pn為電機極對數;TL為負載轉矩;B為阻尼系數;
步驟2、建立高階快速終端滑模負載轉矩觀測器,采用高階快速終端滑模負載轉矩觀測器估計永磁同步電機系統的負載轉矩,用于永磁同步電機速度控制器前饋補償;具體包括以下步驟:
步驟2.1、定義快速終端滑模面s:
其中eω和分別表示永磁同步電機轉速誤差和轉速誤差導數;sign()是符號函數;α是趨近律系數;r是設計參數;
步驟2.2、采用高階滑模控制律:
P=α|eω|rsign(eω)+P′ (5)
其中k1是滑模面增益;ωf和r是設計參數;P是總滑模控制律,P′是一階滑??刂坡桑?/p>
步驟3、設計自適應連續快速終端滑模永磁同步電機驅動控制器,得到系統擾動下的q軸參考電流;具體包括以下步驟:
步驟3.1、采用dq坐標系下的永磁同步電機數學模型;
步驟3.2、定義電機參考速度ω*與實際速度ω之間的誤差:
其中ε表示電機轉速誤差;表示電機期望轉速;
步驟3.3、定義快速連續非奇異終端滑模面s′:
其中表示電機轉速誤差導數;μ1和μ2表示滑模面增益;σ1和σ2表示設計參數;
步驟3.4、定義控制律u:
u=ueq+ude (9)
其中ueq表示等效控制律;ude表示切換控制律;σ3表示設計參數;表示負載轉矩觀測值;m1和m2表示控制增益;表示系統擾動自適應項;λ表示自適應項增益;s′為滑模面;
步驟4、利用最大轉矩電流比策略對q軸參考電流進行計算,得到d軸參考電流;具體包括以下步驟:
步驟4.1、通過基于高階快速終端滑模負載轉矩觀測器的自適應連續快速終端滑模永磁同步電機驅動控制器計算出q軸參考電流,并將當前q軸電流iq帶入下式;
步驟4.2、利用最大轉矩電流比策略,得出d軸參考電流的計算公式:
其中表示d軸參考電流;
步驟5、通過電流控制器得出dq軸控制電壓,最后通過驅動模塊驅動永磁同步電機轉動。
2.根據權利要求1所述的基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑??刂品椒?,其特征在于,通過電流控制器得出dq軸控制電壓,最后通過驅動模塊驅動永磁同步電機轉動,具體包括以下步驟:
步驟5.1、使用所述的控制方法計算出dq軸參考電流;
步驟5.2、使用PI控制器對步驟3和步驟4所得參考電流進行跟蹤,得出控制電壓矢量;
步驟5.3、控制電壓矢量通過Park逆變換得到αβ坐標系下的電壓矢量,將其輸入給空間矢量調制模塊,得到六個驅動脈沖,驅動逆變器的六個開關管,使逆變器輸出三相電壓給永磁同步電機。
3.根據權利要求2所述的基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑??刂品椒?,其特征在于,步驟5.2中PI控制器控制參數的整定方法如下:
步驟6.1、對等式(1)進行拉普拉氏變換:
Y(s)=G(s)U(s) (14)
其中s表示拉普拉斯變換后的頻域表示;表示dq軸電流矢量拉普拉斯變換后的頻域表達式;表示經過解耦的dq軸電壓矢量拉普拉斯變換后的頻域表達式;
步驟6.2、利用內??刂频睦碚撨M行參數整定,等效控制器F(s)定義如下:
上式中,I表示單位陣;表示內模,若內模準確,也即C(s)表示控制器頻域表達式;
步驟6.3、系統傳遞函數定義如下:
Gc(s)=G(s)C(s) (16)
上式中Gc(s)表示系統傳遞函數;
步驟6.4、當且僅當G(s)和C(s)穩定,則系統穩定;將電流環近似為一階系統,定義:
上式中G(s)表示系統模型;表示內模函數的逆;L(s)表示電流環近似一階系統;
步驟6.5、對上式進行聯立,可得電流環PI控制器的控制參數整定公式:
其中Kp-id表示p軸電流控制器比例增益;Ki-id表示p軸電流控制器積分增益;Kp-iq表示q軸電流控制器比例增益;Ki-iq表示q軸電流控制器積分增益。
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