本发明专利技术涉及一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，首先，为了提高速度动态响应，准确地解耦D‑Q轴电流，设计了一种快速的非奇异端滑模控制。它将线性滑模因子与传统的非奇异终端滑模相结合，统一应用于位置观测器、速度调节器和电流调节器。在此基础上，对位置观测器、速度和电流调节器进行了比较分析。本发明专利技术所述的快速滑模结构具有以下优点：1)FNTSM解决了传统NTSM的缺点，具有较好的收敛能力，适用于动态响应速度要求较高的轨道交通区域；2)此快速非奇异端滑模控制可以消除数字延时，有效的提高了收敛速度和稳定性。
Closed loop structure control method of IPMSM sensorless motor with nonsingular sliding mode structure
【技术实现步骤摘要】
非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法
本专利技术属于交流电机传动
，涉及永磁同步电机无位置传感器控制方法，具体涉及一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，是一种在低开关频率下应用于位置观测器、速度调节器和电流调节器的快速非奇异端滑模控制。
技术介绍
永磁同步电机因效率高、功率密度大及宽调速范围等优点，近年来受到轨道交通行业的密切关注。由于与牵引电机为一体，恶劣的环境导致位置传感器的故障率一直较高，造成机破、降速行驶等安全问题。为了避免这些传感器故障，提高牵引系统的耐久性和可靠性，无位置传感器控制是关键技术。然而，在逆变器开关频率达到1kHz的轨道交通应用中，它面临着巨大的挑战。同时，牵引电机具有大的转速范围，最大输出频率为200赫兹。开关频率的降低导致信号采样周期的延长。当速度较高时，速度环带宽受到限制，估计的速度信号对外界干扰的动态响应能力也降低。对于现有的高速无位置传感器控制方法，在速度估计过程中不可避免地使用低通或带通滤波器，滤波器会给反馈速度带来信号延迟。这种情况下，传统的线性调节器，如比例积分(PI)或线性滑模(LSM)技术无法跟踪指令速度，由此产生的速度偏差导致调节器饱和。另一方面，低开关频率增加了D-Q轴电流的耦合。MTPA控制方法只能实现电流的静态解耦。由于内置永磁同步电机的参数时变效应和结构耦合，当实际参数与校准参数不同或给定转速变化较大时，PI电流调节器的调节精度会急剧减少。而D-Q轴电流的精确解耦是无法实现的，这会降低无传感器控制的闭环性能。在永磁同步电机驱动系统中，SMO可以有效地提高无传感器控制中估计位置对参数变化的鲁棒性。SMRS还可以改善速度和电流的动态响应。然而，当开关频率较低时，传统的基于SMO的位置观测器、速度和电流调节器的动态性能都会恶化。与其它滑模面相比，NTSM不仅解决了传统滑模的奇异性问题，而且使系统状态在一定时间内收敛到零。但是对于原有的NTSM存在下面的特殊问题：在低开关频率下，NTSM的收敛性能并不出色，由于高速区域信号采样周期长，单个反电动势观测器无法保证无传感器闭环控制稳定性。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，弥补传统NTSM的不足。技术方案一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，其特征在于步骤如下：一、设计位置调节器步骤1、FNTSM的滑模面和控制设计以补偿传统NTSM的收敛速度：FNTSM的滑模面和控制设计：其中：p,q为正奇数，且1<p/q<2，γ，η，λ，ξ∈R+；f(x)表示误差函数，sgn(s)为符号函数；Lx2是线性部分；L值为：其中α＞0且β≥1，X是x1或x2；步骤2：位置观测器的状态方程：其中，是αβ轴电流的观测值，vαβ是用来估计EEMF的估计变量的αβ轴电压值，Ld为电机电感值；步骤3：由iαβ和减得：其中是两相静止电流的观测误差；步骤4：vαβ为：vαβ＝-Ldvαβ_eq+vαβ_sw步骤5：将步骤1中的s和步骤3中求得的电流观测误差带入步骤4计算求得eλ，并计算得观测位置误差ε为：步骤6：将ε通过Luenberger-type位置跟踪观测器，取PID的参数为Kposi＝J，Kposp＝J和Kposd＝0.1，获得估计转速和估计位置估计转速参与速度闭环，估计位置参与坐标变换；二、设计速度观测器步骤7：速度调节器中的变量状态为：其中：是给定的速度，是由位置观测器估计的反馈速度；步骤8：IPMSM的运动方程为：Te为电磁转矩，TL为负载转矩；根据步骤7整理为关系式：步骤9：基于FNTSM，得到估计Te为：其中：np为电机极对数；步骤10：采用拟合方法，由步骤9得到的模拟输出转矩计算得出电流idq：三、进行电流调节步骤11：将电流相减得到电流误差Xdq并整理为：其中为估计电机转速；步骤12：根据FNTSM，udq由等效部分udq_eq和开关部分udq_sw组成；当则时，此时等效分量部分udq_eq表示为:根据步骤1的公式，切换分量部分udq_sw表示为：步骤13：将步骤12的两部分相加就得到估计电压u*dq,将计算电压和由位置观测器得到的位置信息带入park逆变换得到αβ轴电压u*αβ，该两相模拟电压udq*将起到电流调节的作用。有益效果本专利技术提出的一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，首先，为了提高速度动态响应，准确地解耦D-Q轴电流，设计了一种快速的非奇异端滑模控制。它将线性滑模因子与传统的非奇异终端滑模相结合，统一应用于位置观测器、速度调节器和电流调节器。在此基础上，对位置观测器、速度和电流调节器进行了比较分析。本专利技术所述的快速滑模结构具有以下优点：1)FNTSM解决了传统NTSM的缺点，具有较好的收敛能力，适用于动态响应速度要求较高的轨道交通区域；2)此快速非奇异端滑模控制可以消除数字延时，有效的提高了收敛速度和稳定性。附图说明图1：整体设计框图图2：FNTSM与NTSM的收敛速度比较图3：曲线拟合性能比较图4：不同位置观测器在转速变化时估计位置信号动态性对比图5：不同转速调节器在给定转速值突变时的动态响应对比图6：不同转速调节器在恒转速负载转矩突变时的动态响应对比图7：不同电流调节器在转矩突变时的动态响应对比具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术方法的控制原理框图如图1所示。其中，αβ两相电流电压信号作为输入信号，通过位置传感器得到估计位置和估计转速信号，估计转速参与速度闭环，经过拟合计算后得到模拟dq轴电流，估计位置参与坐标变换，两个分量相加得到较为准确的模拟电压。在低开关频率下应用于位置观测器、速度调节器和电流调节器的快速非奇异端滑模控制，实现速度动态响应的提高，准确地解耦D-Q轴电流，以及消除位置观测误差。最终对位置观测器、速度和电流调节器进行了比较分析。包括以下几方面：(1)为了补偿传统NTSM的收敛速度，在NTSM系统的基础上，FNTSM的表面和控制法则设计为：其中p,q为正奇数，且1<p/q<2，γ，η，λ∈R+。Lx2是线性部分，它可以增加收敛速度，当系统状态接近滑模面时，LSM增益不应过大，以免产生较大的抖振。基于这一点，L的值被选为其中α＞0且β≥1，X本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，其特征在于步骤如下：/n一、设计位置调节器/n步骤1、FNTSM的滑模面和控制设计以补偿传统NTSM的收敛速度：/nFNTSM的滑模面和控制设计：/n
【技术特征摘要】
1.一种非奇异滑模结构的IPMSM无位置传感器电机闭环结构控制方法，其特征在于步骤如下：
一、设计位置调节器
步骤1、FNTSM的滑模面和控制设计以补偿传统NTSM的收敛速度：
FNTSM的滑模面和控制设计：
其中：p，q为正奇数，且1＜p/q＜2，γ，η，λ，ξ∈R+；f(x)表示误差函数，sgn(s)为符号函数；Lx2是线性部分；
L值为：
其中α＞0且β≥1，X是x1或x2；
步骤2：位置观测器的状态方程：
其中，是αβ轴电流的观测值，vαβ是用来估计EEMF的估计变量的αβ轴电压值，Ld为电机电感值；
步骤3：由iαβ和减得：
其中是两相静止电流的观测误差；
步骤4：vαβ为：
vαβ＝-Ldvαβ_eq+vαβ_sw
步骤5：将步骤1中的s和步骤3中求得的电流观测误差i～αβ带入步骤4计算求得eλ，并计算得观测位置误差ε为：
步骤6：将ε通过Luenberger-type位置跟踪观测器，取PID的参数为Kposi＝J，Kposp＝J和Kposd＝0.1，获得估计转...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，张航，赵俊宇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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