一种基于旋转高频注入法的无速度传感器控制方法技术

技术编号:15516553 阅读:196 留言:0更新日期:2017-06-04 07:30
本发明专利技术公开了一种基于旋转高频注入法的无速度传感器控制方法,在转子角度和转速的估算中,高频信号注入法尤其适合零速和低速,同时采用模糊控制器替代传统PI速度调节器。在永磁同步电机矢量控制系统中,由于传统的PI调节器延时明显,自适应能力不高等因素,而模糊控制的鲁棒性强,干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱,尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制,模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的,这有利于模拟人工控制的过程和方法,增强控制系统的适应能力,具有一定的智能水平,对那些数学模型难以获取、动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法
本专利技术涉及无速度传感器测速
,具体涉及一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法。
技术介绍
永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,简称PMSM)具有功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、体积小、重量轻等优点,在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。永磁同步电机的控制需要获得电机转子的位置和速度信息,目前应用比较普遍的位置传感器包括光电编码器、旋转变压器等装置,而这些装置的使用不但增加了系统的体积和成本,降低了系统的可靠性,也限制了永磁同步电机在特殊环境下的应用,为解决机械传感器带来的诸多缺陷,无传感器控制技术的研究已成为国内外的研究热点,并取得了一定成果,但还存在许多问题。最重要的是目前还没有一种单一的无传感器技术能够适用于在各种运行条件下有效地控制电机。现有技术中,或适用于低速运行,或适用于高速运行,或受电机参数影响较大,或计算量很大、结构复杂,或稳定性不是很好。在电机速度检测过程中,机械传感器存在很多难以解决的缺点。如:在一些特殊的工作环境下(高温,高压),其提供的信息精度不值得信赖;同时使用机械传感器使电机控制系统成本的增加、维护困难等。此外,因为常规PI控制器一般都会存在一个问题——积分饱和。所谓积分饱和,是指系统存在一个方向的偏差时,PI控制器的积分环节不断累加,最终到达控制器的限幅值,即使继续积分作用,控制器输出不变,所以出现了积分饱和。一旦系统出现反向偏差,控制器反向积分,控制器输出逐渐从饱和区退出,退出的时间与之间积分饱和的深度有关。但是,在退饱和的时间内,控制器输出还是在限幅值,此时容易出现调节滞后,导致系统性能变差。
技术实现思路
为了克服现有的基于无速度传感器的永磁同步电机的转子角度、转速估计方法存在的原理复杂、计算量大以及积分饱和的问题,现在特别提出一种具有较高动态性能且易于工程实现的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,通过模糊控制器调整PI调节器的比例积分系数,以使PI调节器能在电机很宽的速度范围内都具有良好的动稳态性能。为了达到上述专利技术目的,解决其技术问题所采用的技术方案如下:一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,包括以下步骤:步骤1:交流永磁同步电机检测输出三相电流ia、ib和ic;步骤2:三相电流ia、ib和ic经过Clark变换,输出两相静止直角坐标系α-β下的两相定子电流iα和iβ;步骤3:两相定子电流iα和iβ经过Park变换,输出两相同步旋转坐标系d-q下的两相电流id和iq;步骤4:将转子参数估算模块内的全维观测器中估算出转子转速的估计值乘以一常数得到估算的转子转速n,并将估算的转子转速n与实际的转子转速n*进行作差,差值通过模糊控制器PI调节后输出参考转矩步骤5:将输出参考转矩通过最大转矩电流比控制后得到q轴参考电流与步骤3中得到的电流iq进行作差,差值通过PI调节后输出q轴参考电压uq;步骤6:将输出参考转矩通过最大转矩电流比控制后得到d轴参考电流与步骤3中得到的电流id进行作差,差值通过PI调节后输出d轴参考电压ud;步骤7:将步骤5中输出的q轴参考电压uq和步骤6中输出的d轴参考电压ud经过Park反变换,输出两相静止直角坐标系α-β下的两相控制电压uα和uβ;步骤8:将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ、注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi与交流永磁同步电机输出的转矩Te一并输入转子参数估算模块内进行估算处理,估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值步骤9:将步骤7中的两相控制电压uα和uβ与注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi进行叠加后进行空间矢量调制,输出PWM波形至逆变器,逆变器向永磁同步电机输入三相电压ua、ub和uc,从而控制永磁同步电机。进一步的,在步骤4中,具体包括以下步骤:步骤41:将估算的转子转速n与实际的转子转速给定值n*进行作差运算得到精确值e,精确值e经过A/D转换后把模拟量转换成数字量并送入模糊控制器;步骤42:将步骤41中得到的数字量经过模糊控制器模糊处理后输出精确值u;步骤43:将步骤42中的精确值u经过D/A转换后把数字量转换为模拟量,并输出参考转矩进一步的,在步骤42中,具体包括以下步骤:步骤421:将步骤41中的数字量经过模糊量化处理,得到一模糊值e;步骤422:将模糊值e结合模糊控制规则R根据推理合成规则进行模糊决策,得到模糊控制量u,模糊值u=e*R;步骤423:将模糊值u进行去模糊化处理,得到精确值u。进一步的,在步骤8中,具体包括以下步骤:步骤81:将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ通过同步旋转高通滤波器后,剩下的电流分量只包含高频电流负序成分iαi-in和iβi-in;步骤82:将步骤81得到的高频电流负序成分iαi-in和iβi-in与外部注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi一并作为外差法的输入,然后用外差法得出转子位置的误差角度θe;步骤83:将得到的误差角度θe与交流永磁同步电机输出的转矩Te一并输入全维观测器进行估算处理,得到估计角度和估计速度进一步的,在步骤81中,具体包括以下步骤:首先,建立交流永磁同步电机在两相静止直角坐标系α-β中的数学模型:uβs=RSiβs+Pψβs(1)uαs=RSiαs+Pψαs(2)式中,uαs和uβs为两相静止直角坐标系α-β中电压,Rs为定子电阻,iαs和iβs为两相静止直角坐标系α-β中电流,P为微分算子,ψαs和ψβs代表定子磁链;其中,磁链方程为:其中:式中,为平均电感,为调制电感,θr为d轴领先A相相轴的空间电角度,Lmd、Lmq为阻尼绕组归算到定子侧的d、q分量,iQ、iD分别为归算后的转子交、直轴阻尼绕组电流,ψf代表转子永磁磁链。进一步的,在步骤81中,通过同步旋转高通滤波器后,剩下的电流分量只含高频电流负序成分,其矢量表达式为:式中,θr为d轴领先A相相轴的空间电角度,θi=ωit,ωi代表该注入电压信号的角频率,θi代表该注入电压信号的角度,iin代表电流负序的幅值。进一步的,在步骤82中,注入的电压信号:式中,Usi代表在静止坐标系上注入高频旋转电压的幅值,ωi代表注入电压信号uαsi的角频率;载波信号注入后,电机坐标下的电压方程为:式中,Use代表正序电流幅值,ωr代表转子角频率;在此高频电压注入下,产生的电流将由三部分组成:第一部分是与注入的电压旋转方向相同的正序电流,第二部分是与旋转电压方向相反的负序电流,第三部分是由三相绕组不对称产生的零序电流,电流响应可以表示为:其中,式中,θr为d轴领先A相相轴的空间电角度,θi代表该注入电压信号的角度,iin代表电流负序的幅值,Usi代表在静止坐标系上注入高频旋转电压的幅值,ωi代表注入电压信号的角频率,L代表平均电感,ΔL代表空间调制电感;从公式(8)中得出,只有高频响应电流的负序成分中含有转子位置信息,通过滤波器将电源产生的频率成分和正序电流分量滤除,然后用外差法得出转子位置的误差角度θe,再利用全维观测器提取出转子位置信息。进一步的,在步骤82中,将公式(9)中iαi、iβi分别本文档来自技高网
...
一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/60/201710008282.html" title="一种基于旋转高频注入法的无速度传感器控制方法原文来自X技术">基于旋转高频注入法的无速度传感器控制方法</a>

【技术保护点】
一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:交流永磁同步电机检测输出三相电流i

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:交流永磁同步电机检测输出三相电流ia、ib和ic;步骤2:三相电流ia、ib和ic经过Clark变换,输出两相静止直角坐标系α-β下的两相定子电流iα和iβ;步骤3:两相定子电流iα和iβ经过Park变换,输出两相同步旋转坐标系d-q下的两相电流id和iq;步骤4:将转子参数估算模块内的全维观测器中估算出转子转速的估计值乘以一常数得到估算的转子转速n,并将估算的转子转速n与实际的转子转速n*进行作差,差值通过模糊控制器PI调节后输出参考转矩步骤5:将输出参考转矩通过最大转矩电流比控制后得到q轴参考电流与步骤3中得到的电流iq进行作差,差值通过PI调节后输出q轴参考电压uq;步骤6:将输出参考转矩通过最大转矩电流比控制后得到d轴参考电流与步骤3中得到的电流id进行作差,差值通过PI调节后输出d轴参考电压ud;步骤7:将步骤5中输出的q轴参考电压uq和步骤6中输出的d轴参考电压ud经过Park反变换,输出两相静止直角坐标系α-β下的两相控制电压uα和uβ;步骤8:将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ、注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi与交流永磁同步电机输出的转矩Te一并输入转子参数估算模块内进行估算处理,估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值步骤9:将步骤7中的两相控制电压uα和uβ与注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi进行叠加后进行空间矢量调制,输出PWM波形至逆变器,逆变器向永磁同步电机输入三相电压ua、ub和uc,从而控制永磁同步电机。2.根据权利要求1所述的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,在步骤4中,具体包括以下步骤:步骤41:将估算的转子转速n与实际的转子转速给定值n*进行作差运算得到精确值e,精确值e经过A/D转换后把模拟量转换成数字量并送入模糊控制器;步骤42:将步骤41中得到的数字量经过模糊控制器模糊处理后输出精确值u;步骤43:将步骤42中的精确值u经过D/A转换后把数字量转换为模拟量,并输出参考转矩3.根据权利要求2所述的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,在步骤42中,具体包括以下步骤:步骤421:将步骤41中的数字量经过模糊量化处理,得到一模糊值e;步骤422:将模糊值e结合模糊控制规则R根据推理合成规则进行模糊决策,得到模糊控制量u,模糊值u=e*R;步骤423:将模糊值u进行去模糊化处理,得到精确值u。4.根据权利要求1所述的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,在步骤8中,具体包括以下步骤:步骤81:将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ通过同步旋转高通滤波器后,剩下的电流分量只包含高频电流负序成分iαi-in和iβi-in;步骤82:将步骤81得到的高频电流负序成分iαi-in和iβi-in与外部注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi一并作为外差法的输入,然后用外差法得出转子位置的误差角度θe;步骤83:将得到的误差角度θe与交流永磁同步电机输出的转矩Te一并输入全维观测器进行估算处理,得到估计角度和估计速度5.根据权利要求4所述的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,在步骤81中,具体包括以下步骤:首先,建立交流永磁同步电机在两相静止直角坐标系α-β中的数学模型:uβs=RSiβs+Pψβs(1)uαs=RSiαs+Pψαs(2)式中,uαs和uβs为两相静止直角坐标系α-β中电压,Rs为定子电阻,iαs和iβs为两相静止直角坐标系α-β中电流,P为微分算子,ψαs和ψβs代表定子磁链;其中,磁链方程为:其中:式中,为平均电感,为调制电感,θr为d轴领先A相相轴的空间电角度,Lmd、Lmq为阻尼绕组归算到定子侧的d、q分量,iQ、iD分别为归算后的转子交、直轴阻尼绕组电流,ψf代表转子永磁磁链。6.根据权利要求4所述的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制的无速度传感器控制方法,其特征在于,在步骤81中,通过同步旋转高通滤波器后,剩下的电流分量只含高频电流负序成分,其矢量表达式为:式中,θr为d轴领先A相相轴的空间电角度,θi=ωit,ωi代表该注入电压信号的角频率,θi代表该注入电压信号的角度,iin代表电流负序的幅值。7.根据权利要求4所述的一种基于旋转高频注入法和模糊PI控制...

【专利技术属性】
技术研发人员:张海刚胡添添张磊王步来叶银忠华容钱平万衡徐兵卢建宁储雷杨俊童中祥
申请(专利权)人:上海应用技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1