一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法技术

一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法，其特征是写出基于同步旋转坐标系下忽略铁损耗涡流损耗以及饱和效应的表贴式永磁同步电机(SPMSM)的电流方程，并建立滑模dq观测器和改进的滑模负载转矩观测器，对滑模负载转矩观测器进行稳定性分析，通过滑模dq观测器输出的估计反电动势经过锁相环处理得到实时转子位置信息和估计转速，引用饱和函数替换滑模负载转矩观测器的符号函数，并且加入一种额外的分量来表示平均负载，实现转子位置的实时估计以及对负载转矩的准确辨识，提高了系统动态响应，削弱传统滑模观测器中的滑模抖振。振。振。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，特别涉及一种基于滑模负载转矩观测器和滑模dq观测器相结合的控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电动机因具备高效率、高可靠性、调速范围广、高功率密度等优点，被广泛应用于各种工业精控领域。永磁同步电机无位置传感器控制技术通过算法处理能有效得出电机的转速和转子位置信息，从而取代了传统传感器，降低了生产成本。传统无位置传感器控制方法由于受位置，速度估计误差的影响，在电机突变负载时，会产生较大的转速波动，严重影响系统的控制性能。因此为了能够降低负载突变带来的影响，需要构建一种能够提升系统动态响应，提高控制系统鲁棒性的控制方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种基于同步旋转坐标参考系的滑模dq观测器和基于改进的负载转矩辨识算法的滑模转矩观测器相结合的控制方法，提高系统的动态响应，削弱因负载突变扰动对控制系统的影响，所述方法具体包括以下步骤：
[0004]步骤1，建立基于同步旋转坐标系的永磁同步电机数学模型和滑模dq观测器；
[0005]步骤2，设计改进的滑模负载转矩观测器；
[0006]步骤3，对改进的滑模负载转矩观测器进行分析，实现对负载转矩的准确辨识从而实现对永磁同步电机的精确控制：
[0007]步骤1中忽略铁损耗，涡流损耗以及饱和效应建立的的永磁同步电机数学模型；
[0008][0009]其中u
d
为直轴电压；u
q
为交轴电压；i
q
和i
q
分别为直轴电流和交轴电流；L
q
和L
q
分别为dq轴电感分量；λ
mpm
为永磁体磁链；ω
e
为转子电角速度；ω
r
为转子机械角速度；n
p
为电机为磁极对数；T
L
为负载转矩；T
e
为电磁转矩；J为转动惯量；B为摩擦粘滞系数；t为时间；R
s
为定子电阻；其中，在表贴式永磁同步电机中L
q
＝L
q
。定义变换矩阵：
[0010][0011]则电压和电流表述为：
[0012][0013][0014]磁链表达式为:
[0015][0016]进一步将dq坐标系下的电流方程转化为d
*
q
*
坐标系下的电流方程：
[0017][0018]构造滑模面为依据公式(6)可以建立滑模观测器为：
[0019][0020]其中其中和是观测器的滑动变量，k为滑模增益系数。
[0021]步骤2中，依据永磁同步电机数学模型可得传统滑模负载转矩观测器的运动状态方程：
[0022][0023]其中为估计转速，函数切换信号。
[0024]定义滑模面为得可估计的转矩为：
[0025][0026]其中T
dist
为符号函数不连续操作引起得噪声，引入LPF可得估计的负载转矩公式为：
[0027][0028]其中ω
c
为LPF得截止频率。
[0029]由于传统滑模负载转矩所使用的符号函数断续操作会引起高频噪声，从而导致系统抖振，即便引入LPF(低通滤波器)也会不可避免在负载转矩瞬变过程中引入系统误差和延迟，因此本专利技术设计了一个基于改进的滑模负载转矩辨识算法滑模负载转矩观测器，用饱和函数替代滑模切换信号，并对辨识算法进行改进，引入了一个额外的分量来表示平均估计负载，并将其引入到速度观测器中。饱和函数Z
s1
的表达式为：
[0030][0031]进一步的新的运动状态方程为：
[0032][0033]式中，为负载转矩指示信号，Z
es
为Z
s1
的大信号，l为Z
es
的反馈增益，Z
es
可以通过LPF获得。则Z
es
＝Z
s1
×
ω
c
/(s+ω
c
)，依据前面所定义得滑模面为则可估计得转矩为：
[0034][0035]由于饱和函数得输出限制为k，即Z
es
＝<Z
s1
>≤k，因此增益因数k和l的值应满足条件；与传统滑模负载转观测器相比，改进的滑模负载转矩观测器可以通过调整反馈增益l来限制谐波含量，从而减少控制系统的抖振。
[0036]步骤3中，对改进的滑模负载转矩观测器进行分析，具体包括：
[0037]当滑模面S＞Δ时，饱和函数的输出信号为常数k(Z
s1
＝k),因此LPF的输出为Z
es
＝k，同样的，当S＜
‑
Δ时，则有Z
s1
＝Z
es
＝
‑
k，当
‑
Δ＜S＜Δ时，则有Z
s1
＝Z
es
＝S
·
k/Δ。
[0038]进一步的将公式(12)改写为；
[0039][0040]定义滑模面S为速度误差根据Routh
‑
Hurwitz稳定性判据，当S＜
‑
Δ或S＞Δ时，若B/J＞0，则系统始终是稳定的，当
‑
Δ＜S＜Δ时，若B/J+k(1+l)/Δ＞0，则系统也是稳定的，进一步的，当B/J+k(1+l)/Δ的系数越大，系统的阻尼因子就越大，系统瞬态时间就越短。
[0041]如果考虑到LPF的影响，当在频域系统方程中，速度误差在滑动面周围变化，即
‑
Δ＜S＜Δ时，方程可表示为：
[0042][0043]其中s为拉普拉斯变换的复变量，为了避免混淆，重写方程为：
[0044][0045]其中是T
L
的时间导数，根据Routh
‑
Hurwitz稳定性判据(ω
c
+B/J+k/Δ)＞0和ω
c
(B/J+k/Δ(1+l))＞0时，系统是稳定的。从上面的分析可以得出，所设计的滑模负载转矩观测器系统是稳定的。
[0046]本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
[0047]本专利技术通过将滑模dq观察器和改进的滑模负载转矩观测器相结合，对表贴式永磁同步电动机转子的实时跟踪，能够有效辨识负载转矩，降低负载转矩突变控制系统的干扰，提高了系统的动态响应，削弱了传统滑模观测器导致的系统抖振。
附图说明
[0046]图1为一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法框图；
[0047]图2为控制方法流程图；
具体实施方式
[0048]下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。
[0049]参考图1，控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法，其特征在于，具体包括：(1)设计改进的滑模负载转矩观测器；(2)对改进的滑模负载转矩观测器进行分析，实现对负载转矩的准确辨识从而实现对永磁同步电机的精确控制。2.根据权利要求1所述的一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法，其特征在于：设计改进的滑模负载转矩观测器：依据永磁同步电机数学模型可得传统滑模负载转矩观测器的运动状态方程：其中为估计转速，函数切换信号，定义滑模面为用饱和函数替代滑模切换信号，并对辨识算法进行改进，引入了一个额外的分量来表示平均估计负载，并将其引入到速度观测器中:饱和函数Z
s1
的表达式为：进一步的新的运动状态方程为：式中，为负载转矩指示信号，Z
es
为Z
s1
的大信号，l为Z
es
的反馈增益，Z
es
可以通过LPF获得,则Z
es
＝Z
s1
×
ω
c
/(s+ω
c
)，依据前面所定义得滑模面为则可估计得转矩为：由于饱和函数得输出限制为k，即Z
es
＝<Z
s1
>≤k，则增益因数k和l的值应满足条件为：3.根据权利要求2所述的一种基于表贴式永磁同步电动机无位置传感器控制方法，其特征在于,所述改进的滑模负载转矩观测器的稳定性分析具体表述如下：当滑模面S＞...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕德刚，吴仁晶，邢丽，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：