[發明專利]一種表貼式永磁同步電機雙滑模無位置傳感器控制方法

在審

• 申請號: 202210338644.6
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114744924A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 呂德剛;馬春鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/28;H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P25/022;H02P27/08
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本發明公開了一種表貼式永磁同步電機雙滑模無位置傳感器控制方法，屬于電機控制領域。本發明的方法先以兩相旋轉坐標系為基礎，將積分滑模面與新型趨近律相結合，構建新型滑模控制器；其次，以兩相靜止坐標系下的數學模型為基礎，將非奇異終端滑模面與新型切換控制函數相結合，構建新型滑模觀測器；最后，根據反電動勢獲取電機轉速和轉子位置信息，實現電機的無位置傳感器控制。本發明提出的雙滑模控制策略，省略了低通濾波器，解決了傳統滑模觀測器相位延遲、抖振現象明顯的問題，同時也解決了PI控制器抗干擾能力差、系統動態響應慢的問題，在運行中能快速準確的跟隨給定轉速和轉子位置，實現了對表貼式永磁同步電機的高精度控制。

技術領域

本發明屬于表貼式永磁同步電機控制技術領域，具體涉及一種表貼式永磁同步電機雙滑模無位置傳感器控制方法。

背景技術

永磁同步電機(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有效率高、功率密度大、轉矩慣量比大等優點，在生活、工業以及交通等領域備受關注。隨著研究的深入，研究人員提出多種無位置傳感器控制方法，逐漸替代傳統的機械式有位置傳感器的使用。在眾多的控制算法中，滑模控制算法因對參數擾動不敏感，魯棒性強等特點被廣泛應用在PMSM控制領域。

期刊《機械設計與制造》2022年01期，第189-192,197頁，提出了一種PMSM改進滑模觀測器無傳感器控制，采用連續飽和函數作為切換函數，一定程度的削弱了系統抖振。但由于低通濾波器存在，相位延遲現象仍會存在，導致跟蹤不準確。

期刊《電機與控制應用》2018年09期，第9-13頁提出了一種PMSM的改進快速終端滑模控制，采用快速終端滑模面，能夠在有限時間內使系統狀態快速收斂，提高系統啟動性能和抗擾動性能。但該方法的不足之處在于：系統狀態變量運行至平衡點時，產生奇異現象，控制量將會迅速變化。

近幾年，隨著控制系統越來越復雜，比例積分(proportional integral，PI)控制器易受外部擾動、系統參數的影響，不能滿足控制系統的高性能要求，滑模控制器由于其本身抗干擾能力較強、控制精度高等特點，日益成為研究的熱點內容。

滑模控制系統待解決的主要問題包括削弱抖振現象和加快動態響應。常用于解決上述問題的方法是將趨近律法結合于滑模控制算法中，常規的趨近律雖能一定程度加快系統動態響應，但抖振現象并未明顯削弱。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對PMSM調速系統的穩定性、準確性、快速性問題，提出了一種表貼式永磁同步電機雙滑模無位置傳感器控制方法，旨在解決在電機動態運行時轉子位置和電機轉速跟隨效果差、抖振現象明顯、魯棒性差、動態響應慢等問題。

本發明是通過以下技術方案實現的是：一種表貼式永磁同步電機雙滑模無位置傳感器控制方法，步驟如下：

(1)在兩相旋轉坐標系下，設計新型滑模控制器的滑模面為積分滑模面，結合新型趨近律，以電機機械角速度觀測誤差x₁作為輸入量，q軸電流i_q作為輸出量，推導出滑模控制器控制率方程，利用李雅普諾夫穩定判據證明穩定性；

(2)在兩相靜止坐標系下，設計新型滑模觀測器的滑模面為非奇異終端滑模面，結合快速新型切換控制函數，以電機電流觀測誤差x作為輸入量，電機轉速和轉子位置角度作為輸出量，推導出滑模觀測器的控制率方程，利用李雅普諾夫穩定判據證明穩定性。

進一步地，所述步驟(1)包括：

定義轉速誤差為系統狀態變量x₁，應滿足：

x₁＝ω_ref-ω_r

式中：ω_ref為給定轉速；

設計滑模控制器的滑模面為積分滑模面，表達式為：