一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，通過一種易于工程實現(xiàn)的滑模觀測器來檢測電機轉子的位置和轉子速度，建立滑模增益與估算反電動勢的關系來減小系統(tǒng)抖振，推導了計算轉角和轉速的公式，構建了永磁同步電機模型，所涉及的滑模觀測器在轉速突變以及負載突變的情況下，都能及時并準確的跟蹤電動機的轉速和轉角變化。本發(fā)明在無傳感器控制領域中有很大的研究潛力和應用前景，為電動機高性能控制和故障預測提供了關鍵參數(shù)，具有控制準確性高，動態(tài)性能好，魯棒性強的特點，此外，還具有低成本、控制算法簡單、轉速及位置的估算速度及精度高等優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及無速度傳感器測速技術領域，具體涉及一種基于滑模觀測器的無速度 傳感器控制方法。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機(Permanent Magnet Synchronous Motor，簡稱PMSM)具有功率密度 高、能量轉換效率高、調(diào)速范圍廣、體積小、重量輕等優(yōu)點，在工業(yè)、民用、軍事等領域得到廣 泛的應用。
[0003] 永磁同步電機的控制需要獲得電機轉子的位置和速度信息，目前應用比較普遍的 位置傳感器包括光電編碼器、旋轉變壓器等裝置，而這些裝置的使用不但增加了系統(tǒng)的體 積和成本，降低了系統(tǒng)的可靠性，也限制了永磁同步電機在特殊環(huán)境下的應用，為解決機械 傳感器帶來的諸多缺陷，無傳感器控制技術的研究已成為國內(nèi)外的研究熱點，并取得了一 定成果，但還存在許多問題。最重要的是目前還沒有一種單一的無傳感器技術能夠適用于 在各種運行條件下有效地控制電機?，F(xiàn)有技術中，或適用于低速運行，或適用于高速運行， 或受電機參數(shù)影響較大，或計算量很大、結構復雜，或穩(wěn)定性不是很好。
[0004] 當電機在中高速范圍內(nèi)運轉時，基于滑模觀測器的無傳感器控制方法得到廣泛的 應用。這種方法首先通過構造滑模觀測器首先觀測電機的反電動勢，然后從反電動勢中直 接或間接地估算出轉子位置和速度，具有原理簡單、穩(wěn)定性好等特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有的基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法存 在的原理復雜、計算量大以及慢動態(tài)特性使得整個系統(tǒng)的動態(tài)特性下降，甚至導致系統(tǒng)的 不穩(wěn)定問題，現(xiàn)在特別提出一種具有較高動態(tài)性能且易于工程實現(xiàn)的一種基于滑模觀測器 的無速度傳感器控制方法。
[0006] 為了達到上述發(fā)明目的，解決其技術問題所采用的技術方案如下：
[0007] -種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1:選擇d軸參考電流<為0,交流永磁同步電機檢測輸出三相電流Ia、I b和I。；
[0009] 步驟2:三相電流Ia、Ib和I。經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下的兩相 定子電流ia和if!;
[0010] 步驟3:兩相定子電流ia和ip經(jīng)過Park變換，輸出兩相同步旋轉坐標系d-q下的兩相 電流Id和I q;
[0011] 步驟4:逆變器輸出的三相電壓Ua、Ub和Uc經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標 系α-β下的兩相定子電壓Ua和up;
[0012 ] 步驟5:將步驟2中所得的兩相定子電流ia和ip與步驟4中所得的兩相定子電壓Ua和 ue-并輸入滑模觀測器進行估算處理，估算出轉子轉速的估計值?和轉子位置的估計值
[0013 ]步驟6:將步驟5中估算出轉子轉速的估計值0乘以一常數(shù)得到估算的轉子轉速η， 并將估算的轉子轉速η與實際的轉子轉速η*進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出q軸參考電流 I* q ：；
[0014] 步驟7:將q軸參考電流與步驟3中得到的電流行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸 出q軸參考電壓％
[0015] 步驟8:將d軸參考電流與步驟3中得到的電流Id進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸 出d軸參考電壓<. .，
[0016] 步驟9:將步驟7中輸出的q軸參考電壓<和步驟8中輸出的d軸參考電壓 <經(jīng)過Park 反變換，輸出兩相靜止直角坐標系下的兩相控制電壓<和< ;
[0017] 步驟10:將兩相控制電壓《和&進行空間矢量調(diào)制，輸出Ρ麗波形至逆變器，逆變 器向永磁同步電機輸入三相電壓U a、Ub和Uc，從而控制永磁同步電機。
[0018] 進一步的，在步驟5中，具體包括以下步驟：
[0019] 步驟51:將步驟4中的兩相定子電壓Ua和Ue經(jīng)過SM0優(yōu)化算法計算后得到電流估算 Λ. A· 值
[0020] 步驟52:將電流估算值?和&與步驟2中的兩相定子電流ia和b進行作差，得到邱軸 上的電流誤差值;
[0021] 步驟53:將電流誤差值&和&經(jīng)過開關函數(shù)運算后得到反電動勢ea和ee;
[0022] 步驟54:-方面，反電動勢ea和eM專送回步驟51中，加入到SM0優(yōu)化算法計算中；另 一方面，反電動勢ea和 eK通過低通濾波器得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值@和@;
[0023] 步驟55:滑模觀測器估算的反電動勢估計值&和@通過轉速估算得到轉子轉速的 估計值ca ·
[0024] 步驟56:滑模觀測器估算的反電動勢估計值&和@通過位置估算得到轉子位置未 補償前的估計值?. 9
[0025] 步驟57:通過對相位進行滯后補償，得出相位補償量. 9
[0026] 步驟58:將步驟56中的轉子位置未補償前的估計值&和步驟57中的相位補償量 進行求和，得到轉子位置的估計值0 ^
[0027] 作為一實施例，在步驟51中，具體包括以下步驟：
[0028] 首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標系α-β中的數(shù)學模型：
[0031]其中，^為電流i在α軸上的電流值。的導數(shù)，//;為電流i在β軸上的電流值ie的導 數(shù)，Rs為定子繞組電阻，Ls為等效電感，ea為滑模觀測器在α軸上的反電動勢，ee為滑模觀測 器在β軸上的反電動勢，Ua為電壓U在α軸上的電壓值，Uf!為電壓U在β軸上的電壓值；
[0032]其次，代入反電動勢方程：
[0033] ea = -itf〇rsin9 (3)
[0034] ep = itf〇rcos9 (4)
[0035] 其中，Φ?為轉子上永磁體產(chǎn)生的磁鏈，cor為同步轉速，Θ為轉子角位置；
[0036] 再者，交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標系α-β中的SM0優(yōu)化計算方程為：
[0039] 其中，&、&分別為ia、ifi的估算值，k為滑模切換增益；
[0040] 最后，由上述可得電流估計誤差方程：
[0043] 其中，?為a軸上的電流誤差值，&為β軸上的電流誤差值。
[0044] 作為一實施例，在步驟52中，電流誤差值^和&的計算方程為： _5] /"=/"-/" (9)
[0046] ?β=?β-?ρ
[0047] 其中，&、$和ia為a軸上的電流誤差值、電流估算值和電流值，&、^和ie為β軸 上的電流誤差值、電流估算值和電流值。
[0048]作為一實施例，在步驟53中，反電動勢ea和ee的計算過程分別包括以下步驟：
[0049]首先，選取sign開關函數(shù)進行開關函數(shù)運算，即：
[0051]其次，選取李雅普諾夫函數(shù)：
[0053] 對V求導，當k>max( |ea|，|ee| )時，則n，V>0,由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理知，電 流滑模觀測器是穩(wěn)定的，選取電流誤差為滑模切換面，則當進入滑動模態(tài)時，有
[0054] (13)
[0055] ej； = ksign{i,s) (14)
[0056] 其中，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢，&為α軸上的電流誤差值，為β軸上的電流 誤差值，k為滑模切換增益。
[0057] 作為一實施例，在步驟54中，反電動勢估計值^和#的計算過程包括：
[0058] 使用低通濾波器，將不連續(xù)的開關信號轉換為等效的連續(xù)信號，相應計算公式如 下：
[0061]其中，~和@為滑模觀測器估算的反電動勢估計值，ω。為低通濾波器的截止頻率， s為拉普拉斯算子，e。和ee為滑模觀測器的反電動勢。
[0062]作為一實施例，在步驟55中，轉子轉速的估計值通過以下公式求得：
[0064] 其中，^為轉子轉速估算值，^和'為滑模觀測器估算的反電動勢，如為轉子上永 磁體產(chǎn)生的磁鏈。
[0065] 作為一實施例，在步驟56中，轉子位置的估計值通過以下公式求得：
[0067] 其中，^為轉子位置的估算值，&和_為滑模觀測器估算的反電動勢。
[0068] 作為一實施例，在步驟57中，由于低通濾波器的使用，其相位具有一定的滯后性， 須對相位進行滯后補償，其相位補償量為：
[0070] 其中，Δ6/是相位補償量，ω為穩(wěn)態(tài)時轉速，ω。為低通濾波器的截止頻率。
[0071] 本發(fā)明由于采用以上技術方案，使之與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效 果：
[0072] 1、本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法對系統(tǒng)擾動、參數(shù)攝動等 不確定性因素具有魯棒性，因此可以更好的實現(xiàn)永磁同步電機的無傳感器控制；
[0073] 2、本發(fā)明所設計的滑模觀測器在轉速突變以及負載突變的情況下，都能及時并準 確的跟蹤電動機的轉速和轉角變化，具有控制準確性高，動態(tài)性能好，魯棒性強的特點，而 且所設計的滑模觀測器無論在硬件和軟件上實施起來都較為方便，具有一定的實用性；
[0074] 3、本發(fā)明通過采用滑模觀測器實現(xiàn)狀態(tài)估計，顯著提高了轉子位置與速度的估計 精確度；
[0075] 4、本發(fā)明具有低成本、控制算法簡單、轉速及位置的估算速度及精度高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0076] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單的介紹。顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領 域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。附 圖中：
[0077] 圖1是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中滑模變結構控制系 統(tǒng)的運動過程圖；
[0078] 圖2是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中滑模觀測器結構 圖；
[0079] 圖3是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中滑模觀測器封裝子 豐吳塊圖；
[0080] 圖4是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法的整體流程圖；
[0081] 圖5是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中的步驟5的具體流 程圖；
[0082] 圖6是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法所對應的系統(tǒng)仿真 圖；
[0083] 圖7是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中轉速突變轉速波形 圖；
[0084] 圖8是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中轉速突變轉角波形 圖；
[0085] 圖9是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中轉矩突變轉速波形 圖；
[0086] 圖10是本發(fā)明一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法中轉矩突變轉角波 形圖。
【具體實施方式】
[0087] 以下將結合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述 和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0088]參見圖1，本發(fā)明專利中的現(xiàn)在考慮一般的情況，存在一個切換面s(X) = s(X1， X2, · · ·，Xn)=0,它將X = f(X)(xeRn)這個系統(tǒng)的狀態(tài)空間分成上下兩個部分s>0和S〈0。 如圖1所示，在切換面上有3種情況的運動點。點A為通常點，當?shù)竭_切換面S = 0附近時，運動 點穿越點A而過;點B為起始點，當?shù)竭_切換面s = 0附近時，運動點從切換面兩邊離開點B;點 C為終止點，當?shù)竭_切換面s = 0附近時，運動點從切換面兩邊趨近于點C。
[0089]在滑模變結構中，終止點有著特殊的意義，而起始點與通常點基本沒有什么意義。 當運動點在切換面上的某一段區(qū)域內(nèi)都是終止點的時候，且一旦趨向于該區(qū)域時就會在此 區(qū)域內(nèi)運動。此時，稱此區(qū)域為"滑動模態(tài)"區(qū)即"滑模"區(qū)，系統(tǒng)在此區(qū)域的運動叫做"滑模 ?動。
[0090] 參考圖4,本發(fā)明公開了一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，包括以下 步驟：
[0091] 步驟1:選擇d軸參考電流為0，交流永磁同步電機檢測輸出三相電流Ia、I b和I。； [0092] 步驟2:三相電流Ia、Ib和I。經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下的兩相 定子電流ia和if!;
[0093] 步驟3:兩相定子電流ia和ie經(jīng)過Park變換，輸出兩相同步旋轉坐標系d-q下的兩相 電流Id和I q;
[0094] 步驟4:逆變器輸出的三相電壓Ua、Ub和Uc經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標 系α-β下的兩相定子電壓uci和up;
[0095] 步驟5:將步驟2中所得的兩相定子電流ia和ip與步驟4中所得的兩相定子電壓Uci和 ue-并輸入滑模觀測器進行估算處理，估算出轉子轉速的估計值@和轉子位置的估計值 如圖3所示；
[0096] 步驟6:將步驟5中估算出轉子轉速的估計值_乘以一常數(shù)得到估算的轉子轉速η， 并將估算的轉子轉速η與實際的轉子轉速η*進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出q軸參考電流 f q- ·.
[0097] 步驟7:將q軸參考電流 < 與步驟3中得到的電流^進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸 出q軸參考電壓％. ，
[0098] 步驟8:將d軸參考電流/；；與步驟3中得到的電流Id進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸 出d軸參考電壓Hi :
[0099] 步驟9:將步驟7中輸出的q軸參考電壓<和步驟8中輸出的d軸參考電壓經(jīng)過 Park反變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下的兩相控制電壓<和< ;
[0100] 步驟10:將兩相控制電壓 <和《;進行空間矢量調(diào)制，輸出ΠΜ波形至逆變器，逆變 器向永磁同步電機輸入三相電壓Ua、Ub和U c，從而控制永磁同步電機。
[0101] 在步驟2中，將三相電流Ia、Ib和Ic經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下 的兩相定子電流ia和if!具體涉及的換算公式如下：
[0103] 在步驟3中，將兩相定子電流ia和ie經(jīng)過Park變換，輸出兩相同步旋轉坐標系d-q下 的兩相電流Id和Iq具體涉及的換算公式如下：
[0105] 其中，^為估算的轉子角。
[0106] 在步驟4中，將逆變器輸出的三相電壓Ua、Ub和U c經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直 角坐標系α-β下的兩相定子電壓Ua和ue具體涉及的換算公式如下：
[0108] 進一步的，結合圖2和圖5,在步驟5中，具體包括以下步驟：
[0109] 步驟51:將步驟4中的兩相定子電壓Ua和up經(jīng)過SM0(Sliding mode observer，滑模 觀測器)優(yōu)化算法計算后得到電流估算值4和\ *,
[0110]步驟52:將電流估算值ζ和&與步驟2中的兩相定子電流ia和進行作差，得到邱軸 上的電流誤差值^和/# ;
[0111] 步驟53:將電流誤差值^和:^經(jīng)過開關函數(shù)運算后得到反電動勢ea和晰
[0112] 步驟54:-方面，反電動勢ea和eM專送回步驟51中，加入到SM0優(yōu)化算法計算中；另 一方面，反電動勢ea和 ee通過低通濾波器得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值&和
[0113] 步驟55:滑模觀測器估算的反電動勢估計值&和_通過轉速估算得到轉子轉速的 估計值? . 9
[0114] 步驟56:滑模觀測器估算的反電動勢估計值1和^通過位置估算得到轉子位置未 補償前的估計值i. 9
[0115] 步驟57:通過對相位進行滯后補償，得出相位補償量Δ0.
[0116] 步驟58:將步驟56中的轉子位置未補償前的估計值成和步驟57中的相位補償量 進行求和，得到轉子位置的估計值0 〇
[0117] 作為一實施例，在步驟51中，具體包括以下步驟：
[0118] 首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標系α-β中的數(shù)學模型：
[0121] 其中，&為電流i在〇軸上的電流值iα的導數(shù)，為電流i在β軸上的電流值ip的導 數(shù)，Rs為定子繞組電阻，Ls為等效電感，ea為滑模觀測器在α軸上的反電動勢，ee為滑模觀測 器在β軸上的反電動勢，ua為電壓U在α軸上的電壓值，ue為電壓U在β軸上的電壓值；
[0122] 其次，代入反電動勢方程：
[0123] ea = -itf ω rsin9 (3)
[0124] Θβ = Φ? ω rcos0 (4)
[0125] 其中，Φ?為轉子上永磁體產(chǎn)生的磁鏈，cor為同步轉速，θ為轉子角位置；
[0126] 再者，交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標系α-β中的SM0優(yōu)化計算方程為：
[0129] 其中，&、&分別為ia、ifi的估算值，k為滑模切換增益；
[0130] 最后，由上述可得電流估計誤差方程：
[0133] 其中，/"為〇軸上的電流誤差值，&為β軸上的電流誤差值。
[0134] 作為一實施例，在步驟52中，電流誤差值^和&的計算方程為：
[0135] 4 (9)
[0136] ?β=Ιβ-?!? (10)
[0137] 其中，&、￡和。為a軸上的電流誤差值、電流估算值和電流值，&、g和ie為β軸 上的電流誤差值、電流估算值和電流值。
[0138] 作為一實施例，在步驟53中，反電動勢ea和ee的計算過程分別包括以下步驟：
[0139] 首先，選取sign開關函數(shù)進行開關函數(shù)運算，如圖4所示，即：
[0141]其次，選取李雅普諾夫函數(shù)：
[0143] 對V求導，當k>max( |ea|，|ee| )時，則丨/<：().V>0,由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理知，電 流滑模觀測器是穩(wěn)定的，選取電流誤差為滑模切換面，則當進入滑動模態(tài)時，有
[0144] % 二人-.S7.g"(/ ) (13)
[0145] 'nsign{i 1；) (14)
[0146] 其中，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢，ζ為α軸上的電流誤差值，&為β軸上的電流 誤差值，k為滑模切換增益。
[0147] 作為一實施例，在步驟54中，反電動勢估計值^和&的計算過程包括：
[0148] 使用低通濾波器，將不連續(xù)的開關信號轉換為等效的連續(xù)信號，相應計算公式如 下：
[0151] 其中，L和0為滑模觀測器估算的反電動勢估計值，ω。為低通濾波器的截止頻率， S為拉普拉斯算子，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢。
[0152] 作為一實施例，在步驟55中，轉子轉速的估計值通過以下公式求得：
[0154] 其中，&為轉子轉速估算值，&和^為滑模觀測器估算的反電動勢，如為轉子上永 磁體產(chǎn)生的磁鏈。
[0155] 作為一實施例，在步驟56中，轉子位置的估計值通過以下公式求得：
[0157] 其中，卩為轉子位置的估算值，I和&為滑模觀測器估算的反電動勢。
[0158] 作為一實施例，在步驟57中，由于低通濾波器的使用，其相位具有一定的滯后性， 須對相位進行滯后補償，其相位補償量為：
[0160] 其中，是相位補償量，ω為穩(wěn)態(tài)時轉速，ω。為低通濾波器的截止頻率。
[0161] 在步驟6中，步驟5中估算出轉子轉速的估計值&與估算的轉子轉速η之間的關系 為：
[0163] 即，所述常數(shù)為9.55。
[0164] 在步驟9中，將步驟7中輸出的q軸參考電壓 < 和步驟8中輸出的d軸參考電壓經(jīng)過 Park反變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下的兩相控制電壓 <和$具體涉及以下?lián)Q算公 式：
[0166] 其中，^為估算的轉子角。
[0167] 為了驗證本發(fā)明的有效性，構建了系統(tǒng)仿真圖，如圖6所示，本文使用的電動機參 數(shù)見表1，通過仿真實現(xiàn)了實驗結果。
[0169] 表1永磁同步電機驅動系統(tǒng)主要參數(shù)
[0170] 圖7、圖8、圖9、圖10表明了該發(fā)明專利所設計的滑模觀測器在轉速突變以及負載 突變的情況下，都能及時并準確的跟蹤電動機的轉速和轉角變化，具有控制準確性高，動態(tài) 性能好，魯棒性強的特點，而且所設計的滑模觀測器無論在硬件和軟件上實施起來都較為 方便，具有一定的實用性。
[0171]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍 為準。
【主權項】
1. 一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:選擇d軸參考電流/,:為0,交流永磁同步電機檢測輸出三相電流Ia、Ib和I。； 步驟2:三相電流Ia、Ib和I。經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下的兩相定子 電流ia和if!; 步驟3:兩相定子電流ia和ie經(jīng)過Park變換，輸出兩相同步旋轉坐標系d-q下的兩相電流 Id 和 Iq; 步驟4:逆變器輸出的三相電壓Ua、Ub和Uc經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β 下的兩相定子電壓Ua和Uf!; 步驟5:將步驟2中所得的兩相定子電流icc和ip與步驟4中所得的兩相定子電壓Ucc和Ufi- 并輸入滑模觀測器進行估算處理，估算出轉子轉速的估計值@和轉子位置的估計值? ^ 步驟6:將步驟5中估算出轉子轉速的估計值ω乘以一常數(shù)得到估算的轉子轉速η，并將 估算的轉子轉速η與實際的轉子轉速η*進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出q軸參考電流? ; 步驟7:將q軸參考電流^與步驟3中得到的電流^進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出q軸 參考電壓％ i' 步驟8:將d軸參考電流/1與步驟3中得到的電流Id進行作差，差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出d軸 參考電壓％ .. 步驟9:將步驟7中輸出的q軸參考電壓< 和步驟8中輸出的d軸參考電壓 <經(jīng)過Park反變 換，輸出兩相靜止直角坐標系α-β下的兩相控制電壓<和< ; 步驟10:將兩相控制電壓《I和％進行空間矢量調(diào)制，輸出波形至逆變器，逆變器向 永磁同步電機輸入三相電壓Ua、Ub和Uc，從而控制永磁同步電機。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟5中，具體包括以下步驟： 步驟51:將步驟4中的兩相定子電壓ua和ue經(jīng)過SMO優(yōu)化算法計算后得到電流估算值&和 iP ·， 步驟52:將電流估算值?和&與步驟2中的兩相定子電流ia和b進行作差，得到邱軸上的 電流誤差值&和& ; 步驟53:將電流誤差值&和^經(jīng)過開關函數(shù)運算后得到反電動勢ea和ee; 步驟54:-方面，反電動勢ea和eM專送回步驟51中，加入到SMO優(yōu)化算法計算中；另一方 面，反電動勢ea和ee通過低通濾波器得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值^和^; 步驟55:滑模觀測器估算的反電動勢估計值&和&通過轉速估算得到轉子轉速的估計 值? . 9 步驟56:滑模觀測器估算的反電動勢估計值I和&通過位置估算得到轉子位置未補償 前的估計值g. 9 步驟57:通過對相位進行滯后補償，得出相位補償量Δ0 . 9 步驟58:將步驟56中的轉子位置未補償前的估計值&和步驟57中的相位補償量4^進行 求和，得到轉子位置的估計值沒 〇3. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟51中，具體包括以下步驟： 首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標系中的數(shù)學模型：其中，/α為電流i在α軸上的電流值ia的導數(shù)，為電流i在β軸上的電流值ip的導數(shù)，Rs 為定子繞組電阻，Ls為等效電感，ea為滑模觀測器在α軸上的反電動勢，邱為滑模觀測器在β 軸上的反電動勢，Ua為電壓U在α軸上的電壓值，Ufi為電壓U在β軸上的電壓值； 其次，代入反電動勢方程： ea = -itf ω rsin0 (3) ep = itf ω rcosB (4) 其中，ifc為轉子上永磁體產(chǎn)生的磁鏈，wr為同步轉速，θ為轉子角位置； 再者，交流永磁Η#**0 日菌& qwrnKP管.方程為： 其中，4、&分別為4、％的估算值，k為滑模切換增益； 最后，由上述可得電流估計誤差方程：其中，&為〇軸上的電流誤差值，&為β軸上的電流誤差值。4. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟52中，電流誤差值^和&的計算方程為： 其中，4和。為〇軸上的電流誤差值、電流估算值和電流值，&、&和ie為β軸上的電 流誤差值、電流估算值和電流值。5. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟53中，反電動勢ea和ee的計算過程分別包括以下步驟： 首先，選取sign開關函數(shù)進行開關函數(shù)運算，即： 其次，選取李雅普諾夫函數(shù)：對V求導，當k>max( |ea|，|ee|)時，則K <() V>〇,由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理知，電流滑模 觀測器是穩(wěn)定的，選取電流誤差為滑模切換面，則當進入滑動模態(tài)時，有4 和其中，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢，4為α軸上的電流誤差值，Zi5為0軸上的電流誤差 值，k為滑模切換增益。6. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟54中，反電動勢估計值&和^的計算過程包括： 使用低通濾波器，將不連續(xù)的開關信號轉換為等效的連續(xù)信號，相應計算公式如下：其中，^和^為滑模觀測器估算的反電動勢估計值，為低通濾波器的截止頻率，s為 拉普拉斯算子，&和邱為滑模觀測器的反電動勢。7. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟55中，轉子轉速的估計值通過以下公式求得：其中，?為轉子轉速估算值，L和^為滑模觀測器估算的反電動勢，為轉子上永磁體產(chǎn) 生的磁鏈。8. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法， 其特征在于，在步驟56中，轉子位置的估計值通過以下公式求得：其中，$為轉子位置的估算值，^和為滑模觀測器估算的反電動勢。9. 根據(jù)權利要求2所述的一種基于滑模觀測器的無速度傳感器控制方法，其特征在于， 在步驟57中，由于低通濾波器的使用，其相位具有一定的滯后性，須對相位進行滯后補償， 其相位補償量為：其中，是相位補償量，ω為穩(wěn)態(tài)時轉速，ω。為低通濾波器的截止頻率。
【文檔編號】H02P6/182GK106026803SQ201610631269
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月4日
【發(fā)明人】張海剛, 張磊, 葉銀忠, 徐兵, 王步來, 萬衡, 華容, 盧建寧
【申請人】上海應用技術學院