一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置及其控制方法，包括三相交流电源、永磁同步电机、变频器主电路、变频器控制电路和自研控制板。所述自研控制板由采集调理电路、PWM驱动电路、LCD、存储电路、硬件保护电路、IO调理电路、传感器、通讯电路、DSP控制芯片、供电电路组成。本发明专利技术采用全阶滑模观测器代替二阶滑模观测器，消除了低通滤波器带来的相位滞后问题。来的相位滞后问题。来的相位滞后问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置及其控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制的
，特别是一种采用全阶滑模观测器的永磁同步电机驱动器。

技术介绍

[0002]永磁同步电机矢量控制方式需要转子位置角来参与运算控制，现有技术中，转子位置角通常采用无位置传感器检测算法。
[0003]本专利技术选用了滑模观测器算法来作为研究对象，它利用电机定子参数、电流电压等电气信息，观测电机反电势，通过反电势，从而得到电机转子位置角度算法。该算法具有鲁棒性强、控制简单、易于工程实现的优点。由于常规的滑模观测器对观测结果需要进行低通滤波，才可得到反电势，而低通滤波器会产生相位滞后的问题，影响检测精度，同时滑模观测器中采用反正切运算，也会放大反电势中的高频干扰，特别是反电势观测器过零时会进一步放大转子位置观测误差。

技术实现思路

[0004]根据上述提出的问题，本专利技术提出了一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置及其控制方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置，包括三相交流电源、永磁同步电机、变频器主电路、变频器控制电路和自研控制板；
[0007]所述变频器主电路由整流电路、三相逆变桥、预充电电路、泄放电路和母线电容组成；
[0008]所述整流电路的1、2、3端分别电性连接所述三相交流电源的U、 V、W；
[0009]所述整流电路的4端电性连接所述预充电电路，所述预充电电路的另一端电性连接所述母线电容、所述泄放电路及其所述三相逆变桥的1 端；
[0010]所述整流电路的5端电性连接所述母线电容的另一端、泄放电路的另一端以及所述三相逆变桥的2端；
[0011]所述三相逆变桥的3、4、5端分别电性连接所述永磁同步电机的A、 B、C端；
[0012]所述变频器控制电路由采集电路、电源电路、IO输入输出板、IGBT 驱动模块组成；
[0013]所述自研控制板由采集调理电路、PWM驱动电路、LCD操作屏、存储电路、硬件保护电路、IO调理电路、传感器、通讯电路、DSP控制芯片、供电电路组成。
[0014]优选的，所述采集调理电路，其中，
[0015]电阻R1连接电压singal1端口，电阻R1的另一端与电阻R4、电容 C2及运算放大器的负端连接；
[0016]电阻R4、电容C2的另一端与运算放大器的输出端连接；
[0017]电阻R2连接反馈电压singal2端，所述电阻R2的另一端与电阻R3、电容C1及运算放大器的正端连接；
[0018]电阻R3、电容C1的另一端与AGND端连接；
[0019]电阻R5连接运算放大器14的输出端，电阻R5的另一端与电容C3、二极管D7负极、二极管D8正极连接；
[0020]电容C3的另一端、二极管D7的正极与AGND端连接；
[0021]二极管D8的负极连接3.3V电压，输出信号Output端与二极管D8 正极、二极管D7负极连接。
[0022]进一步优选的，所述存储电路包括存储芯片、隔离芯片和通讯芯片；
[0023]存储芯片的A0端、A1端、A2端、VSS端和WP端与GND端连接， VCC端与+5V电压连接，SCL端与DSP控制芯片的GPIO33端连接， SDA端与DSP控制芯片的GPIO32端连接；
[0024]DSP控制芯片的GPIO14端与隔离芯片的INA端连接，GPIO13端与隔离芯片的OUTA端连接；
[0025]隔离芯片的VCCA端、VCCB端与3.3V电压连接，GNDA端与GND 端连接，GNDB端与DGND端连接，OUTB端与通讯芯片的SCITX端连接，INB端与通讯芯片的SCIRX端连接；
[0026]通讯芯片的Tx+端、Tx
‑
端、Rx+端、Rx
‑
端分别与LCD的输入端2、 3、4、6相连接。
[0027]进一步优选的，所述硬件保护电路，其中，
[0028]电流CurFk端与电阻R6连接，电阻R6的另一端与电容C4、第一或门的1端连接，电容C4的另一端与GND连接；
[0029]电流VolFk端与电阻R7连接，电阻R7的另一端与电容C5、第一或门的2端连接，电容C5的另一端与GND连接；
[0030]第一或门输出的pro1信号端与二极管D9正极、系统驱动模块连接，二极管D9的负极与GND连接；
[0031]温度信号Tep端与电阻R8连接，电阻R8的另一端与电容C6、第二或门的1端连接，电容C6的另一端与GND连接；
[0032]控制信号Ctrl端与电阻R9连接，电阻R9的另一端与电容C7、第二或门的2端连接，电容C7的另一端与GND连接；
[0033]第二或门输出的pro2信号端与二极管D10的正极、系统驱动模块连接，二极管D10负极与GND连接。
[0034]进一步优选的，PWM驱动电路由与非门芯片、电平转换芯片和RC 滤波电路组成；
[0035]PWM1～PWM6端的信号通过与非门芯片与3.3V电压进行互锁；
[0036]电平转换芯片转换PWM1～PWM6端的信号为15V电平型号，通过 RC滤波电路滤波输出到PWM接口。
[0037]本专利技术的第二个目的：
[0038]一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器控制方法，应用如上所述的基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器，包括以下步骤：
[0039]步骤S101：电气参数采集，参数坐标变换；
[0040]执行AD模数转换，采集永磁同步电机的三相电流、直流电压的参数值，根据采集的电机电流、电压值，进行坐标变换，将其转换为α
‑ꢀ
β坐标系下的电流、电压；
[0041]步骤S102：滑模观测器参数配置；
[0042]配置全阶滑模观测器电流、反电势增益等参数；
[0043]步骤S103：计算电流和反电势的滑模观测器方程；
[0044]根据电流滑模观测器方程，计算包含反电势信息的参数，将包含反电势信息的参数代入反电势滑模观测器方程，计算电机反电势；
[0045]步骤S104：锁相环角度提取；
[0046]根据电机反电势，采用锁相环提取电机位置角度。
[0047]优选的，所述步骤S101中，
[0048]永磁同步电机在α
‑
β坐标系下的电压方程为：
[0049][0050]式中：i
s
＝(i
α
,i
β
)
T
、u
s
＝(u
α
,u
β
)
T
、E
s
＝(e
α
,e
β
)
T
、R
s
、L
s
分别为电流、电压、反电势、电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置，其特征在于：包括三相交流电源、永磁同步电机、变频器主电路、变频器控制电路和自研控制板；所述变频器主电路由整流电路、三相逆变桥、预充电电路、泄放电路和母线电容组成；所述整流电路的1、2、3端分别电性连接所述三相交流电源的U、V、W；所述整流电路的4端电性连接所述预充电电路，所述预充电电路的另一端电性连接所述母线电容、所述泄放电路及其所述三相逆变桥的1端；所述整流电路的5端电性连接所述母线电容的另一端、泄放电路的另一端以及所述三相逆变桥的2端；所述三相逆变桥的3、4、5端分别电性连接所述永磁同步电机的A、B、C端；所述变频器控制电路由采集电路、电源电路、IO输入输出板、IGBT驱动模块组成；所述自研控制板由采集调理电路、PWM驱动电路、LCD操作屏、存储电路、硬件保护电路、IO调理电路、传感器、通讯电路、DSP控制芯片、供电电路组成。2.根据权利要求1所述的一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置，其特征在于：所述采集调理电路，其中，电阻R1连接电压singal1端口，电阻R1的另一端与电阻R4、电容C2及运算放大器的负端连接；电阻R4、电容C2的另一端与运算放大器的输出端连接；电阻R2连接反馈电压singal2端，所述电阻R2的另一端与电阻R3、电容C1及运算放大器的正端连接；电阻R3、电容C1的另一端与AGND端连接；电阻R5连接运算放大器14的输出端，电阻R5的另一端与电容C3、二极管D7负极、二极管D8正极连接；电容C3的另一端、二极管D7的正极与AGND端连接；二极管D8的负极连接3.3V电压，输出信号Output端与二极管D8正极、二极管D7负极连接。3.根据权利要求2所述的一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置，其特征在于：所述存储电路包括存储芯片、隔离芯片和通讯芯片；存储芯片的A0端、A1端、A2端、VSS端和WP端与GND端连接，VCC端与+5V电压连接，SCL端与DSP控制芯片的GPIO33端连接，SDA端与DSP控制芯片的GPIO32端连接；DSP控制芯片的GPIO14端与隔离芯片的INA端连接，GPIO13端与隔离芯片的OUTA端连接；隔离芯片的VCCA端、VCCB端与3.3V电压连接，GNDA端与GND端连接，GNDB端与DGND端连接，OUTB端与通讯芯片的SCITX端连接，INB端与通讯芯片的SCIRX端连接；通讯芯片的Tx+端、Tx
‑
端、Rx+端、Rx
‑
端分别与LCD的输入端2、3、4、6相连接。4.根据权利要求3所述的一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置，其特征在于：所述硬件保护电路，其中，电流CurFk端与电阻R6连接，电阻R6的另一端与电容C4、第一或门的1端连接，电容C4的另一端与GND连接；电流VolFk端与电阻R7连接，电阻R7的另一端与电容C5、第一或门的2端连接，电容C5的另一端与GND连接；
第一或门输出的pro1信号端与二极管D9正极、系统驱动模块连接，二极管D9的负极与GND连接；温度信号Tep端与电阻R8连接，电阻R8的另一端与电容C6、第二或门的1端连接，电容C6的另一端与GND连接；控制信号Ctrl端与电阻R9连接，电阻R9的另一端与电容C7、第二或门的2端连接，电容C7的另一端与GND连接；第二或门输出的pro2信号端与二极管D10的正极、系统驱动模块连接，二极管D10负极与GND连接。5.根据权利要求4所述的一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器装置，其特征在于：PWM驱动电路由与非门芯片、电平转换芯片和RC滤波电路组成；PWM1～PWM6端的信号通过与非门芯片与3.3V电压进行互锁；电平转换芯片转换PWM1～PWM6端的信号为15V电平型号，通过RC滤波电路滤波输出到PWM接口。6.一种基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器控制方法，应用如权利要求1
‑
5任意一项所述的基于永磁同步电机驱动器的全阶滑模观测器，其特征在于，包括以下步骤：步骤S101：电气参数采集，参数坐标变换；执行AD模数转换，采集永磁同步电机的三相电流、直流电压的参数值，根据采集的电机电流、电压值，进行坐标变换，将其转换为α
‑
β坐标系下的电流、电压；步骤S102：滑模观测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：