[發明專利]一種無刷雙饋電機的終端滑模磁鏈觀測方法

有效

• 申請號: 202110836140.2
• 申請日: 2021-07-23
• 公開（公告）號: CN113556069B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 周銘浩;蘇鴻宇;劉毅;徐偉;蔡蔚;謝穎;馮勇;穆朝絮
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種無刷雙饋電機的終端滑模磁鏈觀測方法，其特征在于，包括:

步驟一、采集無刷雙饋電機功率繞組和控制繞組的電壓、電流,電機機械角速度和電機的固定參數，建立無刷雙饋電機在α-β兩相靜止坐標系下的動態數學模型；

無刷雙饋電機在α-β兩相靜止坐標系下的動態數學模型為：

T_e＝1.5p₁L_1r(i_1βi_rα-i_1αi_rβ)+1.5p₂L_2r(i_2αi_rβ-i_2βi_rα) (7)

式中，u_1α為功率繞組電壓的α軸分量，u_1β為功率繞組電壓的β軸分量，R₁為功率繞組的電阻，i_1α為功率繞組電流的α軸分量，i_1β為功率繞組電流的β軸分量，φ_1α為功率繞組磁鏈的α軸分量，φ_1β為功率繞組磁鏈的β軸分量，L₁為功率繞組的電感，L_1r為功率繞組與轉子間的互感，u_rα為轉子電壓的α軸分量，u_rβ為轉子電壓的β軸分量，R_r為轉子的電阻，i_rα為轉子電流的α軸分量，i_rβ為轉子電流的β軸分量，φ_rα為轉子磁鏈的α軸分量，φ_rβ為轉子磁鏈的β軸分量，L_r為轉子的電感，u_2α為控制繞組電壓的α軸分量，u_2β為控制繞組電壓的β軸分量，R₂為控制繞組的電阻，i_2α為控制繞組電流的α軸分量，i_2β為控制繞組電流的β軸分量，φ_2α為控制繞組磁鏈的α軸分量，φ_2β為控制繞組磁鏈的β軸分量，L₂為控制繞組的電感，L_2r為控制繞組與轉子間的互感，ω_r為電機機械角速度，p₁為功率繞組的極對數，p₂為控制繞組的極對數，T_e為電機轉矩，s為微分算子；

步驟二、將所述動態數學模型轉為ω_r-i₁-i₂-φ₁-φ₂型狀態方程組，獲取定子電流和定子磁鏈的關系式；其中，ω_r為電機機械角速度，i₁為功率繞組電流，i₂為控制繞組電流，φ₁為功率繞組磁鏈，φ₂為控制繞組磁鏈；

將所述動態數學模型轉為狀態方程組，獲取定子電流與定子磁鏈之間的關系式的具體方法為：

在α-β兩相靜止坐標系下，將動態數學模型轉換為ω_r-i₁-i₂-φ₁-φ₂型狀態方程組，獲取所述狀態方程組的前兩項作為定子電流與定子磁鏈之間的關系式；

所述ω_r-i₁-i₂-φ₁-φ₂型狀態方程組為：

式中，i_1αβ＝[i_1α,i_1β]^T，i_2αβ＝[i_2α,i_2β]^T，φ_1αβ＝[φ_1α,φ_1β]^T，φ_2αβ＝[φ_2α,φ_2β]^T，u_1αβ＝[u_1α,u_1β]^T，u_2αβ＝[u_2α,u_2β]^T，其中，上角標T表示矩陣的轉置；

其中，k₁＝1/σ₁L₁,k₂＝1/σ₂L₂，T_r＝L_r/R_r；

步驟三、根據定子電流和定子磁鏈的關系式形式，設計定子電流和定子磁鏈的觀測器；

步驟四、利用步驟二所述定子電流、定子磁鏈的關系式和步驟三所述觀測器，獲取觀測器的定子電流誤差；

獲取觀測器的定子電流誤差的動態方程為：

式中，為功率繞組電流的觀測誤差矢量，

為控制繞組電流的觀測誤差矢量，

為功率繞組電流的觀測矢量；為控制繞組電流的觀測矢量；

為功率繞組電流觀測誤差的α軸分量，為功率繞組電流觀測誤差的β軸分量；

為控制繞組電流觀測誤差的α軸分量，為控制繞組電流觀測誤差的β軸分量；

為功率繞組電流觀測值的α軸分量，為功率繞組電流觀測值的β軸分量；

為控制繞組電流觀測值的α軸分量，為控制繞組電流觀測值的β軸分量；

v_1αβ＝[v_1α,v_1β]^T，v_2αβ＝[v_2α,v_2β]^T分別為觀測器的兩個控制矢量，v_1α為觀測器控制矢量1的α軸分量，v_1β為觀測器控制矢量1的β軸分量；v_2α為觀測器控制矢量2的α軸分量，v_2β為觀測器控制矢量2的β軸分量；

步驟五、利用無抖振終端滑模控制方法使觀測器的定子電流誤差及其導數收斂為0，獲得觀測器的平滑的控制信號與定子磁鏈的關系方程；

獲得觀測器的平滑的控制信號與定子磁鏈的關系方程為：

式中，為觀測器對定子功率繞組磁鏈的觀測值矢量，為觀測器對定子控制繞組磁鏈的觀測值矢量；為功率繞組磁鏈觀測值的α軸分量，為功率繞組磁鏈觀測值的β軸分量，為控制繞組磁鏈觀測值的α軸分量，為控制繞組磁鏈觀測值的β軸分量；

步驟六、對觀測器的平滑的控制信號與定子磁鏈的關系方程求解，獲得定子磁鏈的觀測值；

獲得的定子磁鏈的觀測值為：

其中，為t時刻觀測器對定子功率繞組磁鏈的觀測值矢量為t時刻觀測器對定子控制繞組磁鏈的觀測值矢量，為t時刻觀測器對定子功率繞組磁鏈的觀測值的α軸分量，為t時刻觀測器對定子功率繞組磁鏈的觀測值的β軸分量，為觀測器對定子控制繞組磁鏈的觀測值的α軸分量，為觀測器對定子控制繞組磁鏈的觀測值的β軸分量，為觀測器對定子功率繞組磁鏈的觀測值的初值矢量，為觀測器對定子控制繞組磁鏈的觀測值的初值矢量，為功率繞組磁鏈觀測值的初值的α軸分量，為功率繞組磁鏈觀測值的初值的β軸分量，為控制繞組磁鏈觀測值的初值的α軸分量，為控制繞組磁鏈觀測值的初值的β軸分量；τ為積分變量，t為時間，B₁＝diag(1/k₁，1/k₁)，B₂＝diag(1/k₂，1/k₂)；

步驟七、利用定子磁鏈的觀測值和定子磁鏈與轉子磁鏈的關系，獲取轉子磁鏈及其相角的觀測值，完成對無刷雙饋電機的磁鏈觀測。