[發明專利]一種永磁同步電機的無傳感器控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010829241.2
• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111969912B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 閆建軍;車志遠;楊小芳
• 申請（專利權）人: 西安速邁智能科技有限責任公司
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/05;H02P21/13
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

1.一種永磁同步電機的無傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立永磁同步電機在兩相同步旋轉正交dq坐標系上的狀態方程：

其中，d/dt為微分算子，i_d為d軸定子繞組的電流，i_q為q軸定子繞組的電流，R_s為定子繞組的電阻，L_s為定子繞組的電感，ω_e為電角速度，u_d為d軸定子繞組的電壓，u_q為q軸定子繞組的電壓，E_d為d軸的感應電動勢，E_d＝0，E_q為q軸的感應電動勢，E_q＝ω_eψ_f，ψ_f為永磁體磁鏈；

建立永磁同步電機在兩相同步旋轉正交dq坐標系上的狀態方程的方法如下；

步驟1.1，建立永磁同步電機在兩相同步旋轉正交dq坐標系上的數學模型：

其中，u_d為d軸定子繞組的電壓，u_q為q軸定子繞組的電壓，R_s為定子繞組的電阻，i_d為d軸定子繞組的電流，i_q為q軸定子繞組的電流，d/dt為微分算子，ψ_d為d軸定子繞組的磁鏈，ψ_q為q軸定子繞組的磁鏈，ω_e為電角速度，L_d為d軸定子繞組的電感，L_q為q軸定子繞組的電感，ψ_f為永磁體磁鏈；T_e為電磁轉矩，p_n為極對數，J為轉動慣量，F為粘性摩擦系數，T_m為負載轉矩擾動，ω_m為機械角速度，且滿足ω_e＝p_nω_m；

步驟1.2，永磁同步電機的無傳感器控制是基于電氣系統動態實現，對于表貼式永磁同步電機，L_s＝L_d＝L_q，有：

其中，L_s為定子繞組的電感；

將其寫成狀態空間的形式，即可建立永磁同步電機在兩相同步旋轉正交dq坐標系上數學模型的狀態方程；

步驟2，建立滑模觀測器：

其中，為d軸電流的觀測值，為q軸電流的觀測值，為電角速度的觀測值，V_d為d軸滑模控制律，V_q為q軸的滑模控制律；

其中，k為滑模控制增益，sign(·)為符號函數；

滑模控制增益k滿足如下條件：

其中，max{·}表示取最大值，為d軸的電流觀測誤差，為q軸的電流觀測誤差，為電角速度的觀測誤差；

滑模觀測器是穩定的，且系統進入滑動模態后，存在如下的等效控制律：

其中，下角標eq表示取等效值；

等效控制律得到方法如下：

電流觀測誤差為：

滑模觀測器誤差系統的動態方程為：

其中，為電角速度的觀測誤差，

滑模面函數為

其中，S為滑模面函數；

構造李雅普洛夫函數：

其中，V(S)為能量函數，且V(S)正定；

對V(S)求時間的導數，即：

為了滿足得：

當系統進入滑動模態后，采用等效控制方法確定滑模運動，令：

其中，為S的一階導數；

由于滑模觀測器是穩定的，因此當系統進入穩態后，角速度估計誤差趨近于零，得到等效控制律；

步驟3，角速度與轉子位置的估計

步驟3.1，角速度的估計

對電動勢引入一個如下所示的低通濾波器：

其中，為q軸的電動勢觀測值，為q軸的電動勢觀測值，s為拉普拉斯算子，ω_o為低通濾波器的帶寬；

得到：

由于q軸的電動勢中包含了角速度信息，那么轉子角速度的估計值為：

表示轉子角速度的估計值，

步驟3.2，轉子位置的估計

基于反正切函數對轉子位置估計值進行補償，其表達式為：

其中，為轉子位置估計值，為從0到時間t的積分，arctan(·)為反正切函數，為電角速度的觀測值，ω_o為低通濾波器的帶寬。