无速度传感器控制方法技术

本发明专利技术提供了一种无速度传感器控制方法，包括：电机的给定转速与转子角速度反馈量的偏差经CMAC‑PID智能控制器调节后输出转矩电流，转矩电流与转矩电流反馈量的偏差经PI调节器调节后输出电压uq；励磁电流与励磁电流反馈量的偏差经PI调节器调节后输出电压ud；电压uq、电压ud经Park逆变换得到两相控制电压；将注入的高频载波信号叠加到两相控制电压上，并将叠加后的电压信号作为SVPWM调制的输入信号；SVPWM调制输出控制三项逆变器开关器件通断所需要的六路PWM脉冲信号，逆变器输出三相电压，用以对永磁同步电机进行控制。从而实现了在线调节PID参数的目的，使电机在很宽的速度范围内都具有良好的动、静态性能。

Speed Sensorless Control Method

The invention provides a speed sensorless control method, which includes: the deviation between the given speed of the motor and the angular speed feedback of the rotor is adjusted by CMAC PID intelligent controller, the output voltage UQ after the deviation between the torque current and the feedback of the torque current is adjusted by PI regulator, and the output voltage UD after the deviation between the excitation current and the feedback of the excitation current is adjusted by PI regulator. Voltage UQ and voltage UD are converted into two-phase control voltage by Park inverse transformation; the injected high frequency carrier signal is superimposed on the two-phase control voltage, and the superimposed voltage signal is used as the input signal of SVPWM modulation; the SVPWM modulation output controls the six-channel PWM pulse signal needed for the switching devices of three inverters to turn on and off, and the three-phase voltage is output by the inverter for the permanent magnet synchronous motor. Control. Thus, the purpose of on-line adjusting PID parameters is realized, so that the motor has good dynamic and static performance in a wide speed range.

【技术实现步骤摘要】
无速度传感器控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体地，涉及一种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。矢量控制与直接转矩控制在永磁同步电机调速系统中应用广泛，满足大部分控制要求。常规的这两种控制方式都需要安装位置传感器以确定电机转子的位置和速度信息，但这也给传动系统带来一系列的问题，如增大了电机转轴的转动惯量，系统成本提高，可靠性降低，在一些恶劣条件下在还伴有安装困难的缺陷。目前，无位置速度传感器控制技术的研究已成为国内外学者的研究热点。通过检测定子电压、电流等物理量进行速度估算获取电机转子的位置和速度信息，同时可观测电机内部的磁通、转矩等闭环系统所需的反馈量。无传感器控制技术无需检测硬件，没有由位置传感器引起的环境适应性、安装维护等麻烦，系统成本降低，可靠性增加，是电机控制
今后发展的必然趋势。现有滑膜观测器算法、模型参考自适应控制算法、扩展卡尔曼滤波算法均依赖三相PMSM基波激励数学模型中与转速有关的量(如产生的反电动势)进行转子位置和速度估算，然而电动机运行在零速和低速时，有用信号的信噪比很低，难以提取。这种对基波激励的依赖性导致这类算法在零速和低速时对转子位置和速度信息的检测失效。高频注入法是解决此问题的一个有效方法。通过一个高频电压信号叠加到基波信号上，共同作用在电机三相绕组，使电机产生可检测的磁凸极，通过检测对应的高频电流响应可获取转子位置和速度信息，具有不依赖电机反电势、对电机参数不敏感、鲁棒性强的特点。使用传统的PI控制器控制转速环的高频注入法的永磁同步电机控制系统存在积分饱和，会对电机的动态特性造成影响，尤其是在低速时表现尤为明显，改进速度环控制器是业界的一个主流方向。随着人工智能理论基础的发展，数值计算工具的完善，智能控制在电机控制领域一片火热。专家系统、模糊控制、人工神经元网络纷纷应用于电机调速方案中，基于人工智能方法的无速度传感器控制将会给交流传动领域带来革命性的变化。小脑模型神经网络(cerebellummodelarticulationcontroller，CMAC)是一种表达复杂非线性函数的表格查询型自适应神经网络，可以通过学习算法改变表格的内容，具有信息分类存储的能力。CMAC已被公认为是一类联想记忆神经网络的重要组成部分，可有效地用于非线性函数逼近、动态建模、控制系统设计等。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种无速度传感器控制方法。根据本专利技术提供的一种无速度传感器控制方法，包括：S1：将检测到的电机三相定子电流Ia、Ib、Ic通过Clark变换和Park变换，得到转矩电流反馈量Iq、励磁电流反馈量Id；S2：通过转子位置跟踪观测器，得到转子角速度反馈量n、用于Park逆变换的电角度θ；S3：电机的给定转速ω*与所述转子角速度反馈量ω的偏差经CMAC-PID智能控制器调节后输出转矩电流Iq*，所述转矩电流Iq*与所述转矩电流反馈量Iq的偏差经PI调节器调节后输出电压uq；励磁电流Id*与所述励磁电流反馈量Id的偏差经PI调节器调节后输出电压ud；S4：所述电压uq、电压ud经Park逆变换得到两相静止坐标系下的两相控制电压uα和uβ；S5：将注入的高频载波信号叠加到两相控制电压uα和uβ上，并将叠加后的电压信号作为SVPWM调制的输入信号；S6：SVPWM调制输出控制三项逆变器开关器件通断所需要的六路PWM脉冲信号，逆变器输出三相电压UA、UB、UC，用以对永磁同步电机进行控制。可选地，通过高频注入法辨识出电机的角速度ω。可选地，注入的高频载波信号采用旋转两相高频电压信号。可选地，所述CMAC-PID智能控制器包括：小脑模型神经网络控制器和PID控制器；所述小脑模型神经网络控制器用于实现前馈控制，以及建立被控对象的逆动态模型；所述PID控制器，用于实现反馈控制。可选地，所述的CMAC-PID智能控制器中采用PD算法，且CMAC的学习仅与误差的当时测量值和变化值相关。可选地，所述CMAC采用雅克比迭代方式，用于根据神经元的实际输出、期望输出调整神经元的权值，所述CMAC-PID智能控制器的控制算法为：u(k)＝un(k)+up(k)(7)式中，ai为神经元i的状态，若神经元i处于激活状态，则ai为1；若处于抑制状态，则ai为0；c为CMAC网络的泛化参数，un(k)为CMAC的输出，up(k)为PID控制器的输出；u(k)为期望输出；采用δ学习规则调整神经元的权值，权值调整目标是控制的总输出与CMAC网络输出误差E。目标函数为：由梯度下降法调整CMAC权值：w(k)＝w(k-1)+Δw(k)+α(w(k)-w(k-1))(10)式中，η为网络学习速率，α为惯性量；E(k)为k时刻的CMAC网络输出误差，Δw(k)为k时刻的权值调整量，w(k)为k时刻的权值，w(k-1)为k-1时刻的权值；系统初始化，令w(0)＝0，un(0)＝0，u(0)＝up，采用PD算法，通过CMAC不断学习修改神经元的权值，以使得输出的控制量up(k)减小至零，CMAC输出控制量un(k)近似为u(k)。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术通过CMAC-PID智能控制器在线调节PID参数，使电机在很宽的速度范围内都具有良好的动、静态性能。而且，CMAC-PID智能控制器实现前馈-反馈控制，具有一定的学习能力与智能水平。小脑模型神经网络控制器实现前馈控制，实现被控对象的逆动态模型；常规控制器实现反馈控制，保证系统的稳定性，且抑制扰动。CMAC-PID智能控制器中采用传统的PD算法而不是PID控制算法，使CMAC的学习只依赖于误差的当时测量值和变化值，彻底的解决了积分饱和问题。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例提供的无速度传感器控制方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的CMAC-PID智能控制器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的CMAC的内部结构的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的实际转速与估计转速的波形图；图5为本专利技术实施例提供的转子估算速度误差的波形图；图6为本专利技术实施例提供的实际转子角度与估计转子角度的波形图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。针对传统的基于高频注入法的PMSM调速系统中PI控制器易出现的积分饱和现象，引起的动态性能下降问题。本专利技术提供的无速度传感器控制方法，将高频注入法与小脑模型神经网络相结合，通过CMAC-PID智能控制器在线调节PID参数，使电机在很宽的速度范围内都具有良好的动、静态性能。图1为本专利技术实施例提供的无速度传感器控制方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：S1：将检测到的电机三相定子电流Ia、Ib、Ic通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无速度传感器控制方法，其特征在于，包括：S1：将检测到的电机三相定子电流Ia、Ib、Ic通过Clark变换和Park变换，得到转矩电流反馈量Iq、励磁电流反馈量Id；S2：通过转子位置跟踪观测器，得到转子角速度反馈量n、用于Park逆变换的电角度θ；S3：电机的给定转速ω*与所述转子角速度反馈量ω的偏差经CMAC‑PID智能控制器调节后输出转矩电流Iq*，所述转矩电流Iq*与所述转矩电流反馈量Iq的偏差经PI调节器调节后输出电压uq；励磁电流Id*与所述励磁电流反馈量Id的偏差经PI调节器调节后输出电压ud；S4：所述电压uq、电压ud经Park逆变换得到两相静止坐标系下的两相控制电压uα和uβ；S5：将注入的高频载波信号叠加到两相控制电压uα和uβ上，并将叠加后的电压信号作为SVPWM调制的输入信号；S6：SVPWM调制输出控制三项逆变器开关器件通断所需要的六路PWM脉冲信号，逆变器输出三相电压UA、UB、UC，用以对永磁同步电机进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种无速度传感器控制方法，其特征在于，包括：S1：将检测到的电机三相定子电流Ia、Ib、Ic通过Clark变换和Park变换，得到转矩电流反馈量Iq、励磁电流反馈量Id；S2：通过转子位置跟踪观测器，得到转子角速度反馈量n、用于Park逆变换的电角度θ；S3：电机的给定转速ω*与所述转子角速度反馈量ω的偏差经CMAC-PID智能控制器调节后输出转矩电流Iq*，所述转矩电流Iq*与所述转矩电流反馈量Iq的偏差经PI调节器调节后输出电压uq；励磁电流Id*与所述励磁电流反馈量Id的偏差经PI调节器调节后输出电压ud；S4：所述电压uq、电压ud经Park逆变换得到两相静止坐标系下的两相控制电压uα和uβ；S5：将注入的高频载波信号叠加到两相控制电压uα和uβ上，并将叠加后的电压信号作为SVPWM调制的输入信号；S6：SVPWM调制输出控制三项逆变器开关器件通断所需要的六路PWM脉冲信号，逆变器输出三相电压UA、UB、UC，用以对永磁同步电机进行控制。2.根据权利要求1所述的无速度传感器控制方法，其特征在于，通过高频注入法辨识出电机的角速度ω。3.根据权利要求1所述的无速度传感器控制方法，其特征在于，注入的高频载波信号采用旋转两相高频电压信号。4.根据权利要求1所述的无速度传感器控制方法，其特征在于，所述CMAC-PID智能控制器包括：小脑模型神经网络控制器和PID控制器；所述小脑模型神经网络控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王步来，徐强强，刘祥盛，张海刚，杨园园，任攀元，卞鹏，苑宇阳，卢煜，
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