The invention provides a self-starting method of permanent magnet synchronous motor based on power angle closed-loop control strategy. This method is based on the fact that the electromagnetic torque is basically constant during the start-up of the motor. According to the power angle characteristic curve, the method of combining Poincare mapping with fractional sliding mode observer is adopted to realize the real-time acquisition of power angle feedback value, setting value and threshold error. On this basis, a double fuzzy controller is introduced to adjust the deviation adjustment value of stator voltage and power angle in real time. Finally, a robust control strategy which satisfies the requirement of smooth starting without losing step is obtained.
【技术实现步骤摘要】
一种基于功角闭环控制策略的永磁同步电机自启动方法
本专利技术涉及一种运动控制器设计方法,特别涉及基于功角闭环控制策略的永磁同步电机自启动设计方法,属于无位置传感器控制技术和电机动力学领域。
技术介绍
电机启动过程的失步问题研究对无位置传感器系统的稳定运行有重要作用。一方面,由于电机启动时系统中电气量的真实值被噪声淹没,此阶段转子位置预测算法存在预测死区,导致仅能工作于开环模式的系统较易发生失步;另一方面,信号注入法可在前述预测死区内提供准确的位置信息,但这类方法对外加信号激励装置的依赖与无位置传感器系统的设计初衷相悖。因此,从电机启动平稳性考虑,通过剖析电机失步的发生机理,选取恰当的关键参数并进行控制器的设计便显得尤为重要。在针对电机启动这一特定工况的失步预防控制策略的设计中,大量文献将功角的控制作为核心问题进行研究,并由此衍生出通过获取定子电压与反电动势在过零点的相位差,或通过研究矢量控制系统中同步电机凸极效应带来的非线性耦合问题构造功角闭环策略来控制电机的一类方法。在考虑到这类方法的设计脱离了无位置传感器系统这一载体的关键问题的基础上,有研究设计出以I/F流频比控制或以加权系数对功角设定值进行开环修正的一类方法,达到失步故障抑制的目的。但很多研究并未从电机的实际工作特性出发分析问题。进一步的,有研究设计出一类根据电机电磁转矩对负载的自适应能力,由机械规律来自动调整功角的方法。但它们仅就转速维持恒定或近似维持恒定时的功角变化情况进行了分析。综上所述,目前的功角控制方法还不能使电机在任意工况下均能保持较强的失步预防性控制能力。
技术实现思路
为了克服现有功角控 ...
【技术保护点】
1.一种基于功角闭环控制策略的永磁同步电机自启动方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:建立描述电磁转矩与功角之间关系的功角特性公式;步骤2:考虑电机启动过程中电磁转矩维持恒定的情况,采用庞加莱映射算法和分数阶滑模观测器对电机转速进行近似估计;其中庞加莱映射算法用于计算由电机自身特性所决定的转速变化轨迹;分数阶滑模观测器用于计算由系统内各类不确定因素所决定的转速偏差值;步骤3:建立双模糊推理控制器,调整定子电压和功角的变化量,得到定子电压和功角的变化量的最优值,使电机启动过程中的电磁转矩保持恒定。
【技术特征摘要】
1.一种基于功角闭环控制策略的永磁同步电机自启动方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:建立描述电磁转矩与功角之间关系的功角特性公式;步骤2:考虑电机启动过程中电磁转矩维持恒定的情况,采用庞加莱映射算法和分数阶滑模观测器对电机转速进行近似估计;其中庞加莱映射算法用于计算由电机自身特性所决定的转速变化轨迹;分数阶滑模观测器用于计算由系统内各类不确定因素所决定的转速偏差值;步骤3:建立双模糊推理控制器,调整定子电压和功角的变化量,得到定子电压和功角的变化量的最优值,使电机启动过程中的电磁转矩保持恒定。2.根据权利要求1所述的一种基于功角闭环控制策略的永磁同步电机自启动方法,其附加技术特征还包括:步骤1所述的功角特性公式为:Z=Rs+jωsL式中,Tem为电磁转矩,Ce为电磁时间常数,ωs为电源角频率,u为定子电压,E为反电动势,Rs为定子电阻,L为定子电感,Z为同步阻抗,φZ为阻抗Z的相角,αZ为功角变化临界值,δ为功角;电机启动过程中电磁转矩、定子电压和功角之间变化关系的分析过程分以下五步进行:(1)设定所述的功角特性公式中的定子电压u和反电动势E均维持恒定;(2)电机启动过程中转速一直在发生变化,在第一步的基础上加入反电动势E,且仍保持定子电压u不变;(3)电磁转矩随着转速的上升而下降,为了保证电磁转矩基本维持恒定,采用增大定子电压的方式对其实施补偿;(4)获取单位采样时间内电磁转矩的减少量,以准确量化第三步中定子电压和功角的变化量△u和△δ;以功角的变化量取代电磁转矩的变化量,其中,δf为依据电机当前转速计算出的实际功角值,δ*为假设电磁转矩在单位采样时间内电机升速时不发生变化所对应的功角值;δf和δ*的计算公式如下:式中,CM为机电时间常数,iα和iβ为两相静止αβ坐标系下的定子电流,为电机恒转矩启动过程中的电磁转矩期望设定值;(5)经补偿后δf大于δ*,引入δm-δf以衡量功角当前值距离稳定阈值的远近。3.根据权利要求1所述的一种基于功角闭环控制策略的永磁同步电机自启动方法,其附加技术特征还包括:步骤2中所述的庞加莱映射算法用于计算由电机自身特性所决定的转速变化轨迹,令其为ω1;所述的分数阶滑模观测器用于计算由系统内各类不确定因素所决定的转速偏差值,令其为ω2;二者与最终估计的转速值ω满足如下关系:ω=λω1+(1-λ)...
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