[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

本發明公開了一種永磁同步電機的無傳感器控制方法及系統，屬于永磁同步電機控制技術領域。首先，建立永磁同步電機在兩相同步旋轉正交坐標系上的動態模型；其次，基于滑模觀測器得到感應電動勢，同時給出控制增益的約束條件；然后，引入一個低通濾波器得到有效電動勢，基于反正切函數提取位置信息。本發明能夠準確地估計角速度和轉子位置，并且控制系統具有很強的魯棒性。此外，滑模控制的抖振現象也得到了極大地改善，適用于永磁同步電機無傳感器控制系統的設計。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機的無傳感器控制方法及系統，屬于永磁同步電機控制技術領域。

背景技術

近年來，隨著電力電子、自動控制和計算機等技術的發展，交流調速控制系統在高性能調速領域已逐步取代直流調速控制系統。永磁同步電機以其功率密度高、轉矩慣量比大和動態響應速度快的特點在交流調速系統中占據了主導地位。永磁同步電機起動時需要確定轉子初始位置，其除了作為閉環反饋信號外，還是坐標變換的依據。傳統控制系統多采用光電編碼器、旋轉變壓器等機械式位置傳感器獲取轉速信號。機械式位置傳感器增加了系統成本，且安裝維護成本高，降低了魯棒性和可靠性。為了克服上述機械式位置傳感器的弊端，無位置傳感器控制技術成了電機控制領域中的一個研究熱點。

由此可見，永磁同步電機無傳感器控制系統的設計對提高控制系統的動態性能起著至關重要的作用。

為了削弱滑模觀測器的抖振現象，可以將符號函數sign(·)用連續的sigmoid(·)替代。基于定子電阻在線估計，一種超螺旋二階滑模觀測器算法被用于永磁同步電機無位置傳感器控制。考慮到采樣通道非線性引起的電壓和電流直流偏置，分析其對電機反電動勢觀測和無速度傳感器控制的影響，并且設計一種基于二階廣義積分器抑制直流偏置。基于內嵌濾波器的同步旋轉坐標系鎖相環技術，能有效抑制滑模高頻抖動信號對位置辨識的影響，且無需對位置辨識值進行相位補償。然而，現有永磁同步電機中高速的無傳感器控制都是基于兩相靜止正交坐標上的數學模型進行研究的，有關永磁同步電機在兩相同步旋轉正交坐標系上的無傳感器研究還鮮有報道。

發明內容

發明目的：為了實現對角速度和轉子位置信號的準確估計，本發明提供一種永磁同步電機的無傳感器控制方法及系統，為了對信號的估計，首先，建立永磁同步電機在兩相同步旋轉正交坐標系上的動態模型；其次，基于滑模觀測器得到感應電動勢，并應用李雅普諾夫穩定性理論得到控制增益的約束條件；然后，引入一個低通濾波器得到有效電動勢，基于反正切函數提取位置信息；最后，通過仿真驗證本文所提永磁同步電機無傳感器控制系統對角速度和轉子位置估計的有效性和魯棒性。本發明最重要的特征是基于滑模觀測器得到感應電動勢，引入一個低通濾波器得到有效電動勢，基于反正切函數提取位置信息，而設計的滑模觀測器可以準確地估計角速度和轉子位置，并且控制系統具有很強的魯棒性。此外，滑模控制的抖振現象也得到了極大地改善，適用于永磁同步電機無傳感器控制系統的設計。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種永磁同步電機的無傳感器控制方法，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。

步驟2，建立滑模觀測器：