一种基于电压前馈的无传感器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种本发明专利技术实施例提供了一种基于电压前馈的无传感器控制方法及系统，其中方法包括：建立表面式永磁同步电机在d

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压前馈的无传感器控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机控制
，具体涉及一种基于电压前馈的无传感器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]永磁同步电机拥有功率密度大、运行效率高以及体积小等特点，因此被广泛运用于工业自动化、航空航天以及军事等相关领域。
[0003]针对一些高精度领域，通常选择安装机械式传感器来对转子速度进行检测，但是这种方式会导致成本的增加，并且降低系统的抗干扰能力，因此永磁同步电机的无传感器控制是当前研究的热点。目前针对永磁同步电机的无传感器控制方法主要有高频注入法、扩展卡尔曼滤波器法、模型参考自适应系统法(MRAS)以及滑膜观测器法。其中，模型参考自适应系统法存在估算精度不够高、抗干扰性以及动态性能方面存在一定缺陷。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于电压前馈的无传感器控制方法及系统，以解决现有技术中模型参考自适应系统法存在估算精度不够高、抗干扰性以及动态性能方面存在一定缺陷的问题。
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于电压前馈的无传感器控制方法，包括：
[0006]建立表面式永磁同步电机在d
‑
q轴坐标系下基于定子电流的理想数学模型；
[0007]根据理想数学模型，获取基于转子电角速度的参考模型和基于转子电角速度的可调模型；
[0008]结合波波夫超稳定性理论，根据转子电角速度的参考模型和基于转子电角速度的可调模型获取转子电角速度的自适应率；
[0009]当转子电角速度的自适应率的计算结果收敛至稳定值时，得到转子电角速度估算值；
[0010]将转子电角速度估算值与PI控制器相结合，获取电压前馈补偿，以实现转子速度的高精度估算。
[0011]可选地，建立表面式永磁同步电机在d
‑
q轴坐标系下基于定子电流的理想数学模型，包括：
[0012][0013]其中，u
d
和u
q
为d
‑
q轴的定子电压；i
d
和i
q
为d
‑
q轴的定子电流；R
s
为定子电阻；L
s
为定子电感；ψ
f
为转子磁链；ω
e
为转子电角速度。
[0014]可选地，基于转子电角速度的参考模型包括：
[0015][0016]其中，i
′
q
＝i
q
，u
′
q
＝u
q
。
[0017]可选地，基于转子电角速度的可调模型包括：
[0018][0019]其中，和为d
‑
q轴的定子电流估算值；为转子电角速度估算值。
[0020]可选地，结合波波夫超稳定性理论，根据转子电角速度的参考模型和基于转子电角速度的可调模型获取转子电角速度的自适应率，包括：
[0021][0022]其中，k
i
为转子电角速度自适应率的积分增益；k
p
为转子电角速度自适应率的比例增益；
[0023]当计算结果收敛至稳定值时，对应的即为电角速度估算值。
[0024]可选地，将转子电角速度估算值与PI控制器相结合，获取电压前馈补偿，包括：
[0025][0026]其中，为电压前馈补偿的d轴参考电压；为电压前馈补偿的q轴参考电压；为电压前馈补偿的d轴参考电流；为电压前馈补偿的q轴参考电流；k
id
为电流环PI控制器d轴积分增益；k
pd
为电流环PI控制器d轴比例增益；k
iq
为电流环PI控制器q轴积分增益；k
pq
为电流环PI控制器q轴比例增益。
[0027]可选地，还包括：
[0028]获取表面式永磁同步电机的d轴电流信号和q轴电流信号；
[0029]将d轴电流信号和电压前馈补偿的d轴参考电流作差得到第一电流差值信号；
[0030]将第一电流差值信号输入q轴电流环PI控制器，得到q轴电压信号；
[0031]将q轴电压信号和q轴电压前馈补偿信号相加，得到电压前馈补偿的q轴参考电压信号；
[0032]通过第二减法器将q轴电流信号和电压前馈补偿的q轴参考电流作差得到第二电
流差值信号；
[0033]将第二电流差值信号输入d轴电流环PI控制器，得到d轴电压信号；
[0034]将d轴电压信号和d轴电压前馈补偿信号相加，得到电压前馈补偿的d轴参考电压信号；
[0035]将电压前馈补偿的q轴参考电压信号和电压前馈补偿的d轴参考电压信号输入表面式永磁同步电机的控制器；
[0036]和基于模型参考自适应系统的无速度传感器中；
[0037]将电压前馈补偿的q轴参考电压信号、电压前馈补偿的d轴参考电压信号、表面式永磁同步电机输出的d轴电流信号和q轴电流信号输入基于模型参考自适应系统的无速度传感器中，得到转子电角速度信号。
[0038]本专利技术实施例还提供了一种基于电压前馈的无传感器控制系统，运用于前述的基于电压前馈的无传感器控制方法，包括：
[0039]表面式永磁同步电机；
[0040]第一减法单元，其第一输入端与表面式永磁同步电机的q轴电流输出端连接；第一减法的单元的第二输入端用于输入q轴前馈补偿的参考电流；
[0041]第二减法单元，其第一输入端与表面式永磁同步电机的d轴电流输出端连接；第一减法的单元的第二输入端用于输入d轴前馈补偿的参考电流；
[0042]q轴电流环PI控制器单元，其输入端与第一减法单元的输出端连接；
[0043]d轴电流环PI控制器单元，其输入端与第二减法单元的输出端连接；
[0044]电压前馈补偿单元，其输入端与表面式永磁同步电机的d
‑
q轴电流输出端连接；
[0045]第一加法单元，其第一输入端与q轴电流环PI控制器单元的输出端连接；第一加法单元的第二输入端与电压前馈补偿单元的q轴电压输出端连接；第一加法单元的输出端与表面式永磁同步电机的控制器输入端连接；
[0046]第二加法单元，其第一输入端与d轴电流环PI控制器单元的输出端连接；第二加法单元的第二输入端与电压前馈补偿单元的d轴电压输出端连接；第二加法单元的输出端与表面式永磁同步电机的控制器输入端连接；
[0047]基于模型参考自适应系统的无速度传感器单元，其输入端与第一加法单元的输出端、第二加法单元的输出端、表面式永磁同步电机的q轴电流输出端连接和表面式永磁同步电机的d轴电流输出端连接分别连接。
[0048]本专利技术实施例的有益效果：
[0049]本专利技术实施例提供了一种基于电压前馈的无传感器控制方法，通过结合PI控制器设计出电压前馈补偿给表面式永磁同步电机控制器单元，可以有效地提高传统模型参考自适应系统无传感器控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电压前馈的无传感器控制方法，其特征在于，包括：建立表面式永磁同步电机在d
‑
q轴坐标系下基于定子电流的理想数学模型；根据所述理想数学模型，获取基于转子电角速度的参考模型和基于转子电角速度的可调模型；结合波波夫超稳定性理论，根据所述转子电角速度的参考模型和所述基于转子电角速度的可调模型获取转子电角速度的自适应率；当所述转子电角速度的自适应率的计算结果收敛至稳定值时，得到转子电角速度估算值；将所述转子电角速度估算值与PI控制器相结合，获取电压前馈补偿，以实现转子速度的高精度估算。2.根据权利要求1所述的基于电压前馈的无传感器控制方法，其特征在于，建立表面式永磁同步电机在d
‑
q轴坐标系下基于定子电流的理想数学模型，包括：其中，u
d
和u
q
为d
‑
q轴的定子电压；i
d
和i
q
为d
‑
q轴的定子电流；R
s
为定子电阻；L
s
为定子电感；ψ
f
为转子磁链；ω
e
为转子电角速度。3.根据权利要求2所述的基于电压前馈的无传感器控制方法，其特征在于，所述基于转子电角速度的参考模型包括：其中，i
′
q
＝i
q
，u
′
q
＝u
q
。4.根据权利要求3所述的基于电压前馈的无传感器控制方法，其特征在于，所述基于转子电角速度的可调模型包括：其中，和为d
‑
q轴的定子电流估算值；为转子电角速度估算值。5.根据权利要求4所述的基于电压前馈的无传感器控制方法，其特征在于，结合波波夫超稳定性理论，根据所述转子电角速度的参考模型和所述基于转子电角速度的可调模型获取转子电角速度的自适应率，包括：
其中，k
i
为转子电角速度自适应率的积分增益；k
p
为转子电角速度自适应率的比例增益；当计算结果收敛至稳定值时，对应的即为所述电角速度估算值。6.根据权利要求5所述的基于电压前馈的无传感器控制方法，其特征在于，将所述转子电角速度估算值与PI控制器相结合，获取电压前馈补偿，包括：其中，为电压前馈补偿的d轴参考电压；为电压前馈补偿的q轴参考电压；为电压前馈补偿的d轴参考电流；为电压前馈补偿的q轴参考电流；k
id
为电流环PI控制器d轴积分增益；k
pd
为电流环PI控制器d轴比例增益；k

【专利技术属性】
技术研发人员：徐斌，张懿，魏海峰，王浩陈，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：