[發明專利]一種基于離散超螺旋滑模算法的永磁同步電機控制系統

有效

• 申請號: 202110362740.X
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113141136B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 都海波;張偉鍵;陳維樂;王利楠;俞波;從永正;劉雁生;孫訓紅
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18;H02P21/24;H02P25/022
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明公開了一種基于離散超螺旋滑模算法的永磁同步電機控制系統，包括無速度傳感器、速度控制器；無速度傳感器用于估計永磁同步電機的轉子機械角速度和轉子電角位置；速度控制器根據永磁同步電機的轉子機械角速度估計值與轉子機械角速度期望值之差e^*(t_k)，產生定子電流的控制值i_q(t_k)，從而控制永磁同步電機的轉子機械角速度。本發明的離散的超螺旋滑模無速度傳感器大大地提高了永磁同步電機的位置觀測精度與速度觀測精度，本發明的離散的有限時間速度控制器具有收斂速度快，抗干擾能力強的特點，本發明的永磁同步電機控制系統保證了閉環系統狀態能精確、快速地收斂到平衡點，具備更好的動態性能和穩態性能。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，尤其是一種基于離散超螺旋滑模算法的永磁同步電機控制系統。

背景技術

永磁同步電機由于具有高密度、高效率、高可靠性以及結構簡單、體積小、重量輕等諸多優點，已經成功應用于工業、軍工等行業。但是，永磁同步電機控制系統是一種具有事變參數、強耦合、不確定性和受外部干擾的復雜非線性系統。另外，由于傳統的機械傳感器，如編碼器，會增加控制系統的體積與成本。因此，永磁同步電機在無速度傳感器下的控制問題已經成為永磁同步電機領域的一個重要課題，如何提高永磁同步電機在無速度傳感器下的控制性能已經得到了一定的關注。

近年來，國內外學者提出了許多永磁同步電機在無速度傳感器下的控制方法，這些方法有：脈振高頻注入法、模型參考自適應法、擴展卡爾曼濾波法以及滑模無速度傳感器法。其中，由于滑模無速度傳感器法具有魯棒性，對參數的不敏感性以及良好的實現性，受到了廣泛的應用，但是，滑模無速度傳感器具有抖顫等缺點，為實現控制系統的高精度控制，需要引入一種改良的方法，同時，為使閉環系統能精確、快速地收斂到平衡點，急需提出一種永磁同步電機的控制方法，針對離散的采樣信號，能夠提高永磁同步電機在無速度傳感器下的控制精度，以及快速收斂和抗干擾的能力。

發明內容

為了克服上述現有技術中的缺陷，本發明提供一種基于離散超螺旋滑模算法的永磁同步電機控制系統，大大地提高了永磁同步電機的位置觀測精度與速度觀測精度，具有收斂速度快，抗干擾能力強的特點，具有更好的動態性能和穩態性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，包括：

一種基于離散超螺旋滑模算法的永磁同步電機控制系統，包括無速度傳感器、速度控制器；

所述無速度傳感器用于估計永磁同步電機的轉子機械角速度，得到轉子機械角速度估計值

所述速度控制器根據永磁同步電機的轉子機械角速度估計值與轉子機械角速度期望值之差e^*(t_k)，產生定子電流的控制值i_q(t_k)，從而控制永磁同步電機的轉子機械角速度。

所述無速度傳感器是基于永磁同步電機的模型，以及根據離散的超螺旋滑模算法，設計得到離散的超螺旋滑模無速度傳感器；所述無速度傳感器的模型具體如下所示：

其中，t_k表示第k個時刻，t_k+1表示第k+1個時刻；k₁、k₂均表示增益，k₁＞0，k₂＞0；T表示采樣周期，即第k個時刻與第k+1個時刻之間的時間差；

v_α(t_k)、v_β(t_k)分別為第k個時刻下αβ坐標系中的α軸、β軸的定子電壓；

i_α(t_k)、i_β(t_k)分別為第k個時刻下αβ坐標系中的α軸、β軸的定子電流；