[發明專利]一種永磁電機無速度傳感器控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010423332.6
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111585488B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 徐偉;唐一融;王磊
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種永磁電機無速度傳感器控制方法及系統，基于永磁同步電機數學模型得到參考模型和可調模型后，基于參考模型與可調模型進一步構建誤差系統；基于波波夫超穩定性理論和誤差系統，結合電機運動方程得到轉速和負載轉矩自適應律表達式；通過在轉速誤差比例控制中引入負載轉矩的前饋補償，構建速度控制器；在電機運行狀態下，基于實際電流和觀測電流，采用轉速和負載轉矩自適應律表達式同時觀測轉速和負載轉矩，并通過調節速度控制器參數，實現電機的無速度傳感器控制。本發明可以同時觀測轉速和負載轉矩，并通過引入負載轉矩前饋控制方法，可以實現負載轉矩的擾動抑制和速度控制器在單參數下的轉速無靜差控制，系統控制性能較好。

技術領域

本發明屬于永磁電機無速度傳感器控制技術領域，更具體地，涉及一種永磁電機無速度傳感器控制方法及系統。

背景技術

永磁同步電機具有高功率因數、高效率、高啟動轉矩等優點，廣泛應用于工業生產、電動汽車、航空航天等領域。對于永磁同步電機而言，只要進行閉環控制，轉速以及轉子位置信息是必不可少的。然而，位置傳感器的安裝增加了系統成本和硬件復雜性，同時難以應用于高溫、振動等惡劣工況。因此，實現永磁同步電機無速度傳感器控制具有廣泛的應用前景，其研究受到了國內外學者的關注。

現有的永磁同步電機無速度傳感器控制方法主要基于直接計算法、磁鏈觀測器法、擴展反電動勢法、模型參考自適應法、滑模觀測器法和高頻諧波注入法進行控制。其中，在基于模型參考自適應法的永磁同步電機無速度傳感器控制方法中，速度控制器多采用PI形式，以實現速度的無靜差控制。該方法中速度控制器的參數設計所依據的轉速環等效傳遞函數形式較為復雜，同時PI參數引入了零點，使得難以根據系統響應要求直接求出控制器參數，大多要依據系統實際響應再對計算的參數做出調整，因此其參數設計過程復雜。另外，現有方法由于速度響應和擾動響應會同時受到速度控制器參數和自適應律參數的影響，所以在設計轉速環PI參數時難以同時兼顧速度跟蹤性能和擾動抑制性能，參數設計過程存在耦合影響，控制性能較差。且針對實際的電機控制系統，其機械時間常數遠大于電氣時間常數，所以轉速環的參數設計將對系統的控制性能帶來很大影響，有必要對其進行優化。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種永磁電機無速度傳感器控制方法及系統，用以解決現有技術由于速度控制器的參數設計較為復雜，且速度控制器參數與自適應律參數存在耦合而導致控制性能較差的技術問題。

為了實現上述目的，第一方面，本發明提出了一種永磁電機無速度傳感器控制方法，包括以下步驟：

S1、基于永磁同步電機數學模型得到參考模型和可調模型；其中，參考模型為以定子電流實際值為狀態變量的矩陣方程；可調模型為以定子電流觀測值為狀態變量的矩陣方程；

S2、將參考模型與可調模型做差得到電流誤差狀態方程，并基于電流誤差狀態方程構建誤差系統；基于波波夫超穩定性理論和所得誤差系統，結合電機運動方程得到轉速和負載轉矩自適應律表達式；

S3、通過在轉速誤差比例控制中引入負載轉矩的前饋補償，構建速度控制器；

S4、在電機運行狀態下，基于定子側電壓采用可調模型計算電機定子側觀測電流，并基于實際電流和所得觀測電流，采用轉速和負載轉矩自適應律表達式同時觀測電機的轉速和負載轉矩，并通過調節速度控制器參數，使得電機的轉速與給定轉速相等，實現電機的無速度傳感器控制。

進一步優選地，參考模型為：

可調模型為：