[發明專利]一種滑模觀測方法及一種PMSM無傳感器控制系統

在審

• 申請號: 202010949300.X
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112072975A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 劉紅俐;張正;朱其新;王嘉祺;金雨昇;黃旭;牛雪梅
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/22;H02P21/24;H02P27/12;H02P25/026;H02P6/34;H02P6/182
• 代理公司: 蘇州隆恒知識產權代理事務所(普通合伙) 32366
• 代理人: 張佩璇

本發明涉及一種滑模觀測方法及PMSM無傳感器控制系統，滑模觀測方法依次包括如下步驟：電流觀測、Sigmoid函數、卡爾曼濾波、轉子位置鎖相環及分段線性補償，電流觀測是觀測電流；Sigmoid函數是基于觀測電流得到的α?β軸分量i_α^*、i_β^*得到反電動勢信號e_α、e_β；卡爾曼濾波是消除一階低通濾波器中獲得的反電動勢信號e_α和e_β中的擾動，得到反電勢估算值E_α^*、E_β^*，根據反電勢估算值E_α^*、E_β^*可求得轉子轉角估算值θ₁^*和速度估算值ω_e^*；轉子位置鎖相環是實現輸出轉速對估算值θ₁^*的自動跟蹤；分段線性補償是將電機轉子角度補償劃分為若干段，每一段均為線性補償，且每一段均具有恒定的相位補償分量值和斜率，從而得到相位角補償值Δθ。本發明能夠得到更加準確的估算位置和速度。

技術領域

本發明涉及伺服系統運動控制領域，尤其涉及一種滑模觀測方法及一種 PMSM無傳感器控制系統。

背景技術

在PMSM(永磁同步電機，英文全稱：permanent magnet synchronous motor) 的矢量控制系統中，為了得到電機轉子精確的位置和轉速信息，需在電機轉軸上安裝位置和速度傳感器，但位置和速度傳感器的使用不僅提高了系統成本，也會降低系統的魯棒性。所以，近年來無傳感器控制技術在PMSM調速系統中的應用變得特別重要。目前常用的無位置和無速度傳感器控制技術通常有:定子磁鏈估計算法、模型參考自適應法、狀態觀測器估算法、人工智能估算法等。其中以狀態觀測器估算法最為熱門，滑模觀測器法就是其中的一種。但是傳統的滑模觀測器有很多問題存在，例如：由于傳統的滑模觀測器僅僅是通過簡單的一階低通濾波器，從而得到電機反電勢的估算值，再根據估算的反電勢和電機轉子位置關系，從而求得電機轉子位置和速度信息，但是因為滑動模態的存在，導致系統存在嚴重的抖振，使得濾波后的反電動勢存在很大的相位滯后。

目前，在無位置和無速度傳感器PMSM矢量控制系統中已經提出很多方法來對電機轉子位置和速度進行估算。第一種：利用PMSM的電磁關系對電機轉子位置和轉速進行估算，此方法不僅計算簡單，而且動態響應很快，但是其對電機的參數非常敏感，并且在電機轉速較低的情況下，估值不是很準確；第二種：對電機注入高頻電壓，同時檢測其電流來獲得電機轉子轉速和位置信息，此方法雖然在相對較寬的轉速范圍內是可以適用的，但是也存在不足，也就是注入高頻信號后，會引入噪聲問題，且對硬件電路也有很嚴格的要求；第三種：利用飽和函數替代開關函數，選擇合理的邊界層厚度可以對抖振進行削弱，但是它對電機轉子位置估算會存在脈動大的問題。上述不足在一定程度上限制了滑模觀測器在PMSM上無傳感器控制系統中的進一步應用。

發明內容

本發明提供一種滑模觀測方法及一種PMSM無傳感器控制系統，以解決上述技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種滑模觀測方法，依次包括電流觀測、Sigmoid函數計算、卡爾曼濾波、轉子位置鎖相環以及分段線性補償，

所述電流觀測是觀測電流；

所述Sigmoid函數計算用于基于觀測電流得到的α-β軸分量i_α^*、i_β^*得到反電動勢信號e_α、e_β；