一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法，通过一种易于工程实现的滑模观测器来检测电机转子的位置和转子速度，建立滑模增益与估算反电动势的关系来减小系统抖振，推导了计算转角和转速的公式，构建了永磁同步电机模型，所涉及的滑模观测器在转速突变以及负载突变的情况下，都能及时并准确的跟踪电动机的转速和转角变化。本发明专利技术在无传感器控制领域中有很大的研究潜力和应用前景，为电动机高性能控制和故障预测提供了关键参数，具有控制准确性高，动态性能好，鲁棒性强的特点，此外，还具有低成本、控制算法简单、转速及位置的估算速度及精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无速度传感器测速
，具体涉及一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法。
技术介绍
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，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。当电机在中高速范围内运转时，基于滑模观测器的无传感器控制方法得到广泛的应用。这种方法首先通过构造滑模观测器首先观测电机的反电动势，然后从反电动势中直接或间接地估算出转子位置和速度，具有原理简单、稳定性好等特点。
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、计算量大以及慢动态特性使得整个系统的动态特性下降，甚至导致系统的不稳定问题，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滑模观测器的无速度传感器控制方法。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：一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法，包括以下步骤：步骤1：选择d轴参考电流为0，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：逆变器输出的三相电压Ua、Ub和Uc经过Clark变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相定子电压uα和uβ；步骤5：将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ与步骤4中所得的两相定子电压uα和uβ一并输入滑模观测器进行估算处理，估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值步骤6：将步骤5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PI调节后输出q轴参考电流步骤7：将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轴参考电压步骤8：将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轴参考电压步骤9：将步骤7中输出的q轴参考电压和步骤8中输出的d轴参考电压经过Park反变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相控制电压和步骤10：将两相控制电压和进行空间矢量调制，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5中，具体包括以下步骤：步骤51：将步骤4中的两相定子电压uα和uβ经过SMO优化算法计算后得到电流估算值和步骤52：将电流估算值和与步骤2中的两相定子电流iα和iβ进行作差，得到αβ轴上的电流误差值和步骤53：将电流误差值和经过开关函数运算后得到反电动势eα和eβ；步骤54：一方面，反电动势eα和eβ传送回步骤51中，加入到SMO优化算法计算中；另一方面，反电动势eα和eβ通过低通滤波器得到滑模观测器估算的反电动势估计值和步骤55：滑模观测器估算的反电动势估计值和通过转速估算得到转子转速的估计值步骤56：滑模观测器估算的反电动势估计值和通过位置估算得到转子位置未补偿前的估计值步骤57：通过对相位进行滞后补偿，得出相位补偿量步骤58：将步骤56中的转子位置未补偿前的估计值和步骤57中的相位补偿量进行求和，得到转子位置的估计值作为一实施例，在步骤51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： i α · = - R s L s i α - 1 L s e α + u α L s - - - ( 1 ) ]]> i β · = - R s L s i β - 1 L s e β + u β L s - - - ( 2 ) ]]>其中，为电流i在α轴上的电流值iα的导数，为电流i在β轴上的电流值iβ的导数，RS为定子绕组电阻，Ls为等效电感，eα为滑模观测器在α轴上的反电动势，eβ为滑模观测器在β轴上的反电动势，uα为电压U在α轴上的电压值，uβ为电压U在β轴上的电压值；其次，代入反电动势方程：eα＝-ψfωrsinθ (3)eβ＝ψfωrcosθ (4)其中，ψf为转子上永磁体产生的磁链，ωr为同步转速，θ为转子角位置；再者，交流永磁同步电机在两相静止直角坐标系α-β中的SMO优化计算方程为： i α ^ · = - R s L s i α ^ + u α L s 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于滑模观测器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：选择d轴参考电流为0，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：逆变器输出的三相电压Ua、Ub和Uc经过Clark变换，输出两相静止直角坐标系α‑β下的两相定子电压uα和uβ；步骤5：将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ与步骤4中所得的两相定子电压uα和uβ一并输入滑模观测器进行估算处理，估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值步骤6：将步骤5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PI调节后输出q轴参考电流步骤7：将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轴参考电压步骤8：将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轴参考电压步骤9：将步骤7中输出的q轴参考电压和步骤8中输出的d轴参考电压经过Park反变换，输出两相静止直角坐标系α‑β下的两相控制电压和步骤10：将两相控制电压和进行空间矢量调制，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。...

【技术特征摘要】
1.一种基于滑模观测器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：选择d轴参考电流为0，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：逆变器输出的三相电压Ua、Ub和Uc经过Clark变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相定子电压uα和uβ；步骤5：将步骤2中所得的两相定子电流iα和iβ与步骤4中所得的两相定子电压uα和uβ一并输入滑模观测器进行估算处理，估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值步骤6：将步骤5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PI调节后输出q轴参考电流步骤7：将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轴参考电压步骤8：将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轴参考电压步骤9：将步骤7中输出的q轴参考电压和步骤8中输出的d轴参考电压经过Park反变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相控制电压和步骤10：将两相控制电压和进行空间矢量调制，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所述的一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法，其特征在于，在步骤5中，具体包括以下步骤：步骤51：将步骤4中的两相定子电压uα和uβ经过SMO优化算法计算后得到电流估算值和步骤52：将电流估算值和与步骤2中的两相定子电流iα和iβ进行作差，得到αβ轴上的电流误差值和步骤53：将电流误差值和经过开关函数运算后得到反电动势eα和eβ；步骤54：一方面，反电动势eα和eβ传送回步骤51中，加入到SMO优化算法计算中；另一方面，反电动势eα和eβ通过低通滤波器得到滑模观测器估算的反电动势估计值和步骤55：滑模观测器估算的反电动势估计值和通过转速估算得到转子转速的估计值步骤56：滑模观测器估算的反电动势估计值和通过位置估算得到转子位置未补偿前的估计值步骤57：通过对相位进行滞后补偿，得出相位补偿量步骤58：将步骤56中的转子位置未补偿前的估计值和步骤57中的相位补偿量进行求和，得到转子位置的估计值3.根据权利要求2所述的一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法，其特征在于，在步骤51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： i α · = - R s L s i α - 1 L s e α + u α L s - - - ( 1 ) ]]> i β · = - R s L s i β - 1 L s e β + u β L s - - - ( 2 ) ]]>其中，为电流i在α轴上的电流值iα的导数，为电流i在β轴上的电流值iβ的导数，RS为定子绕组电阻，Ls为等效电感，eα为滑模观测器在α轴上的反电动势，eβ为滑模观测器在β轴上的反电动势，uα为电压U在α轴上的电压值，uβ为电压U在β轴上的电压值；其次，代入反电动势方程：eα＝-ψfωrsinθ (3)eβ＝ψfωrcosθ (4)其中，ψf为转子上永磁体产生的磁链，ωr为同步转速，θ为转子角位置；再者，交流永磁同步电机在两相静止直角坐标系α-β中的SMO优化计算方程为： i α ^ · = - R s L s i α ^ + u α L s - k L s s i g n ( i α ^ - i α ) - - - ( 5 ) ]]> i β ^ · = - R s L s i β ^ + u β L s - k L s s i g n ( i β ^ - i β ) - - - ( 6 ) ]]>其中，分别为的估算值，k为滑模切换增益；最后，由上述可得电流估计误差方程： i α ~ · = - R s L s i α ~ + e α L s - k L s s i g n ( i α ~ ) - - - ( 7 ) ]]> i β ~ · = - R s L s i β ~ + e β L s ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海刚，张磊，叶银忠，徐兵，王步来，万衡，华容，卢建宁，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31