一种基于软测量的无传感器永磁同步电机控制方法技术

一种基于软测量的无传感器永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：构造一个滑模观测器，将原系统中的可测物理量作为滑模观测器的输入量，根据永磁同步电机的反电动势中包含的转子的位置信息，通过滑模观测器算出电机反电动势的大小，从而计算出电机转子位置。本发明专利技术采用软件算法递推出电机转子的位置角以及转速信息，取代传统的机械传感器，无位置传感器永磁同步电机控制的实现可以大大减少系统的成本，提高系统可靠性，减小系统维护的工作量，所以永磁同步电机无位置传感器调速系统在工业应用中有广阔的应用前景，对推广永磁同步电机的应用范围有重要的价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及电机控制
，具体设及一种基于软测量的无传感器永磁同步电 机控制方法。
技术介绍
近年来永磁同步电机控制系统已经逐步成为交流传动的研究热点，与传统的电励 磁电机相比，永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、效率高、功耗小、形状 和尺寸灵活多样等优点。与直流电机相比，它没有机械换向器和电刷；与异步电机相比，它 不需要无功励磁电流，因而功率因数高(可达到1)，在稳态运行时没有转子电阻损耗，发热 量低，效率高，控制性能好。随着永磁材料成本的不断降低，永磁同步电机在国防、工农业生 产和日常用品等方面获得越来越广泛的应用，并向大功率化(高转速、高转矩）、高功能化和 微型化方向发展。 永磁同步电机控制系统通常在电机轴上安装位置传感器来实现矢量控制变频调 速，根据位置传感器提供的位置信号来控制功率开关元件W实现转速的控制。电机转子的 磁极位置是控制环节中的关键反馈。位置传感器通常采用光电编码器，磁编码器，旋转变压 器等，采用运些传感器保证了永磁同步电机的可靠运行，但存在W下一些问题： (1)高精度、高响应的速度和位置传感器的价格昂贵，传感器成本几乎占整个电机 成本的=分之一到二分之一，影响了永磁同步电机在一些小容量、低成本的设备中的应用。 (2)传感器及其附加电路是电机的一个附加设备也是一个故障源，据统计伺服电 机60%W上的故障是集中在传感器上，从而降低了整个系统的可靠性，且传感器的安装还 有较高的技术要求。 (3)由于溫度、湿度、振动W及一些化学物质腐蚀等的影响，使传感器的各个组成 部分性能不稳定，影响传感器的测量效果，因此安装了机械传感器的控制系统通常不能广 泛的适用于各种恶劣的环境中。 (4)凡是机械传感器必然会对电机的转动轴造成一定的静态和动态的摩擦，并增 加了电机转子的转动惯量。 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。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种减少系统的成本，提高系 统可靠性，减小系统维护的工作量的基于软测量的无传感器永磁同步电机控制方法。 本专利技术的目的是通过W下技术方案来实现的： -种基于软测量的无传感器永磁同步电机控制方法，包括W下步骤： SI、构造一个滑模观测器，将原系统中的可测物理量作为滑模观测器的输入量，S2、根据永磁同步电机的反电动势中包含的转子的位置信息，通过滑模观测器算 出电机反电动势的大小，从而计算出电机转子位置。具体的，所述可测物理量包括电压和电流。具体的，所述步骤S2具体为：永磁同步电机在aP静止坐标系下建立数学模型方程为：(1) 式中ia、ie分别为定子电流a、巧由分量， Ua、ue分别为定子电压a、e轴分量， ea、ee分别为反电动势a、巧由分量， ke为反电动势系数，L为电感， R为电阻，其中，反电动势日、巧由分量ea、ee方程为： ea=-ke?esin白e (2) ee=-ke?eCOS白e式中ke为反电动势系数，COe为转速，0e为转子角度， 根据永磁同步电机数学模型W及式(1)和(2)可构造滑模观测器方程为：(3) 式中，K功观测器增益是固定值，I、^为观测值。 sign为符号函数，具体为： 巧032] .S7如(.V)= ，'s>〇 (4) -1,S< 0 观测误差为it。-'。 （5)由式(5)减去式(3)得到估算电流误差的动态方程：(位)当滑动模态经过有限的时间间隔后，己=0和奇=0，令式(6)中/;, = 0，f/,=()，则 「I =(/(1."如t)'" =('" ,7、 - 巧) U叫p=(&isigm口）巧=e日 所述Ueqa为a相电动势，所述UeqP为0相电动势。电流误差开关信号包含有反电动势信息，由于开关切换引入了高频信号，并且采 样过程存在不连续性，式(7)得到的反电动势信息存在一定的失真，需要设计一个截止频率 足够高的低通滤波器对开关切换结果进行滤波，去除高频失真信号，从不连续的开关量信 号中提取连续的等效信号，低通滤波器的传递函数如下：(8) (9) 式子(8)和(9)中COCUtDff为低通滤波器的截止频率。为了达到更好的滤波效果，需要设计一个截止频率可随转子转速变化的低通滤波 器，截止频率OEUtDff和转速Oe存在下列关系：(10)因此截止频率可变的低通滤波器：(113 K的范围根据设定的速度值和滑模增益在0-1范围内选取。可得：(12) 0eu即为估算出的角度值，由于低通滤波器必然会引入了相位延迟，因此通过低通 滤波获取得到的反电动势信息需要根据相应的截止频率的大小，引入角度补偿机制。贫=/-(日eJ(13)式中I为角度实际值。所述f(0eu)函数采用W下的基于实验的软测量方法：首先在电机上装一个光电编码器，用于检测电机的角度，同时，利用上述提出的滑 模观测器式(12 )，估算出大概的角度值。因此，在电机运转的每个采样周期都有两个角度值:一个是光电编码器实测值;另 一个是滑模观测器估算值。电机每转一圈（360度)作为一组数据，连续采集一批数据，采用最小二乘法等方法 拟合估算值与实测值的关系，建立数学模型。由于滑模观测器估算值在高速段和低速段与 光电编码器实测值的映射规律相差较大，而且每个批次的重复性也不稳定。因此，采用分段 的方式建立滑模观测器估算值与光电编码器实测值的数学关系。具体函数关系如下：[005引kl, 2,3,4为比例系数。 根据上式（14)，则可W去掉光电编码器，利用滑模观测器大概的估算值，计算出相 对比较准确的实际电机角度值。 本专利技术相比现有技术具有W下优点及有益效果： 1、本专利技术采用软件算法递推出电机转子的位置角W及转速信息，取代传统的机械 传感器，无位置传感器永磁同步电机控制的实现可W大大减少系统的成本，提高系统可靠 性，减小系统维护的工作量，所W永磁同步电机无位置传感器调速系统在工业应用中有广 阔的应用前景，对推广永磁同步电机的应用范围有重要的价值。 2、本专利技术提出的基于软测量的电机控制方法不但实现简单、精度高，而且能适应 宽速度范围的电机控制。【附图说明】 图1为本专利技术实施例的基于软测量的无传感器永磁同步电机控制结构示意图。【具体实施方式】 下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于软测量的无传感器永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、构造一个滑模观测器，将原系统中的可测物理量作为滑模观测器的输入量，S2、根据永磁同步电机的反电动势中包含的转子的位置信息，通过滑模观测器算出电机反电动势的大小，从而计算出电机转子位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张碧陶，
申请(专利权)人：张碧陶，
类型：发明
国别省市：广东;44