基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，其包括：1、通过系统参数在线辨识方法获得永磁同步电机参数样本信息；2、将步骤1中的参数进行整理，选取电机转子机械角速度作为调度参数，建立永磁同步电机d‑q坐标系下的LPV矢量模型；3、设计LPV观测器，实现电机转子机械角速度和d轴电流的观测与变量重构；4、以电机q轴电流输出、重构角速度以及重构d轴电流作为控制输入量，将系统分解为多个子系统并采用反推控制策略设计控制器。本发明专利技术的优点是：本发明专利技术采用的LPV观测器设计优化了传统观测器易受系统参数变化的影响，提高了系统的反馈控制精度。本发明专利技术应用于设计PMSM变负载调速控制策略能进一步提高控制系统的可靠性，同时提升效率和降低运行成本。

【技术实现步骤摘要】
基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体是一种基于LPV(线性变参数)观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法。
技术介绍
永磁同步电机具有结构简单、功率密度高和高效节能等优点，在工业制造、国防军事、电动汽车、航空航天、船舶工业等领域具有良好的应用前景。高性能的永磁同步电机(PMSM)调速系统需要准确的电机转子速度和位置信息，传统的方法是通过加入机械传感器直接测量，由于传感器的安装，导致电机驱动系统的成本增加、可靠性降低和体积增大，使得PMSM的使用范围受到了限制，一些特殊场合无法使用，因此电机的无位置传感器控制方法受到学者们的广泛关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，解决现有技术采用传感器导致的成本高的问题，同时保证转速的跟踪精度。按照本专利技术提供的技术方案，所述基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，包括以下步骤：步骤1、通过系统参数在线辨识方法获得永磁同步电机参数样本信息；步骤2、将步骤1中的参数进行整理，选取电机转子机械角速度作为调度参数，并建立永磁同步电机d-q坐标系下的LPV矢量模型；步骤3、设计LPV观测器，实现电机转子机械角速度和d轴电流的观测与变量重构；步骤4、以电机q轴电流输出、重构角速度以及重构d轴电流作为控制输入量，将系统分解为多个子系统并采用反推控制策略设计控制器，作为永磁同步电机的控制器。具体的，步骤1中，在永磁同步电机实际运行工况环境下收集相关参数样本信息，用最小二乘辨识算法辨识电机参数，所述参数包括永磁同步电机定子电阻、定子电感、转动惯量以及粘滞摩擦系数等。具体的，步骤2根据力学原理与电路原理，以d-q轴电流id、iq，电机转子机械角速度ω作为系统状态变量，q轴电流iq作为可测得系统输出，负载转矩Tl作为外部扰动，建立永磁同步电机d-q坐标系下的矢量模型；提取模型中机械角速度ω作为调度参数，再建立永磁同步电机d-q坐标系下的LPV矢量模型，获得系统LPV结构的状态空间方程。具体的，步骤3的LPV观测器是在永磁同步电机的LPV矢量模型的基础上，利用线性矩阵不等式的处理方法设计的。具体的，步骤4的控制器设计，是以电机q轴电流输出、重构角速度和重构d轴电流作为控制输入变量，采用d轴电流id＝0的矢量控制策略，将系统分解为多个子系统并采用反推控制策略设计控制器。具体的，步骤3进行LPV观测器设计与变量重构包括以下步骤：(1)针对步骤2建立的永磁同步电机数学LPV矢量模型，进行能观性结构分解；(2)对不可测子系统，构造LPV观测器，并建立动态观测误差系统和其中是转速误差子系统，是d轴电流误差动态子系统；(3)应用Lyapunov稳定性原理和线性矩阵不等式处理方法，获得LPV观测器设计及其求解方法；(4)利用LPV观测器对不可测变量进行变量重构，其中为重构角速度，为观测器重构d轴电流。具体的，步骤4在步骤3获得重构变量基础上，进行跟踪控制器设计，步骤如下：(1)给定期望转速输出ω*，定义转速跟踪误差结合电机转速动力学观测方程，考虑转速误差动态子系统其中为重构角速度；(2)针对转速误差子系统选取合适Lyapunov函数及虚拟q轴电流函数iq*，结合线性矩阵不等式处理方法，使得该子系统渐近稳定；(3)定义q轴电流跟踪误差及相应的q轴电流误差动态子系统选取合适Lyapunov函数及q轴定子电压函数使q轴电流误差动态子系统渐近稳定，其中q轴电流iq由系统直接测得；(4)设定d轴理想电流定义d轴电流跟踪误差结合d轴电流动力学观测方程，考虑d轴电流误差动态子系统其中为观测器重构d轴电流；(5)选取合适Lyapunov函数及d轴定子电压函数使子系统渐近稳定。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用的LPV观测器设计，优化了传统观测器易受系统参数变化的影响，提高了系统的反馈控制精度。2、本专利技术应用于设计PMSM变负载调速控制策略，能进一步提高控制系统的可靠性，同时提升效率和降低运行成本。附图说明图1为本专利技术涉及的控制器设计流程图。图2为本专利技术涉及的控制系统结构图。具体实施方式本专利技术涉及的控制器设计流程如附图1所示，涉及的控制系统结构框图如附图2所示。以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。如图1，2所示，本专利技术包括以下步骤：步骤1为电机参数样本信息获取与辨识。在永磁同步电机实际运行工况环境下收集相关参数样本信息，用最小二乘辨识算法辨识电机参数，所述参数包括永磁同步电机定子电阻、定子电感、转动惯量以及粘滞摩擦系数等。步骤2对PMSM进行d-q坐标系下进行建模，提取调度参数，获得系统LPV结构的状态空间方程，其中d-q轴电流id、iq、电机转速ω作为系统状态变量，q轴电流iq作为可测得系统输出、负载转矩Tl作为外部干扰，电机转子角速度ω作为系统的调度参数。步骤3进行LPV观测器设计与变量重构。具体设计步骤如下：(1)针对步骤2建立的PMSM数学LPV矢量模型，进行能观性结构分解；(2)对不可测子系统，构造LPV观测器，并建立动态观测误差系统和其中，是转速误差子系统，是d轴电流误差动态子系统；(3)应用Lyapunov稳定性原理和LMI(线性矩阵不等式)处理方法，获得LPV观测器设计及其求解方法；(4)利用LPV观测器对不可测变量进行变量重构。其中为重构角速度，为观测器重构d轴电流。在步骤3获得重构变量基础上，步骤4进行跟踪控制器设计，以电机q轴电流输出、重构角速度以及重构d轴电流作为控制输入量，将系统分解为多个子系统并采用反推控制策略设计控制器，作为永磁同步电机的控制器。控制器的具体设计步骤如下：(1)给定期望转速输出ω*，定义转速跟踪误差结合电机转速动力学观测方程，考虑转速误差动态子系统其中为重构角速度；(2)针对转速误差子系统选取合适Lyapunov函数及虚拟q轴电流函数iq*，结合不等式处理巧，使得该子系统渐近稳定；(3)定义q轴电流跟踪误差及相应的q轴电流误差动态子系统选取合适Lyapunov函数及q轴定子电压函数使子系统渐近稳定，其中q轴电流iq由系统直接测得；(4)设定d轴理想电流定义d轴电流跟踪误差结合d轴电流动力学观测方程，考虑d轴电流误差动态子系统其中为重构d轴电流；(5)选取合适Lyapunov函数及d轴定子电压函数使子系统渐近稳定。通过以上设计步骤，可以得到基于LMI的LPV观测器，与以往极点配置方法不同的是，该方法可以借助Matlab中的LMI工具箱方便地求解。此外，应用反推控制策略得到的虚拟电流、q轴定子电压、d轴定子电压输入函数能使各个子系统渐近稳定，从而使永磁同步电机实现电流和期望转速输出的高精度跟踪。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、通过系统参数在线辨识方法获得永磁同步电机参数样本信息；步骤2、将步骤1中的参数进行整理，选取电机转子机械角速度作为调度参数，并建立永磁同步电机d‑q坐标系下的LPV矢量模型；步骤3、设计LPV观测器，实现电机转子机械角速度和d轴电流的观测与变量重构；步骤4、以电机q轴电流输出、重构角速度以及重构d轴电流作为控制输入量，将系统分解为多个子系统并采用反推控制策略设计控制器，作为永磁同步电机的控制器。

【技术特征摘要】
1.基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、通过系统参数在线辨识方法获得永磁同步电机参数样本信息；步骤2、将步骤1中的参数进行整理，选取电机转子机械角速度作为调度参数，并建立永磁同步电机d-q坐标系下的LPV矢量模型；步骤3、设计LPV观测器，实现电机转子机械角速度和d轴电流的观测与变量重构；步骤4、以电机q轴电流输出、重构角速度以及重构d轴电流作为控制输入量，将系统分解为多个子系统并采用反推控制策略设计控制器，作为永磁同步电机的控制器。2.如权利要求1所述的基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，其特征是，步骤1中，在永磁同步电机实际运行工况环境下收集相关参数样本信息，用最小二乘辨识算法辨识电机参数，所述参数包括永磁同步电机定子电阻、定子电感、转动惯量以及粘滞摩擦系数。3.如权利要求1所述的基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，其特征是，步骤2根据力学原理与电路原理，以d-q轴电流id、iq，电机转子机械角速度ω作为系统状态变量，q轴电流iq作为可测得系统输出，负载转矩Tl作为外部扰动，建立永磁同步电机d-q坐标系下的矢量模型；提取模型中机械角速度ω作为调度参数，再建立永磁同步电机d-q坐标系下的LPV矢量模型，获得系统LPV结构的状态空间方程。4.如权利要求1所述的基于LPV观测器的永磁同步电机无传感器反推控制方法，其特征是，步骤3的LPV观测器是在永磁同步电机的LPV矢量模型的基础上，利用线性矩阵不等式的处理方法设计的。5.如权利要求1所述的基于LPV观测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴定会，杨德亮，韩欣宏，肖仁，黄旭，郑洋，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32