一种用于五相永磁容错电机无位置传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于五相永磁容错电机无位置传感器控制方法，属于多相电机无位置传感器控制技术领域。先建立基于反电势的五相永磁容错电机的任两相数学模型；再利用双曲线函数构建基于任两相信号的电流状态观测器以获取相应的相反电势；然后构建通用锁相环模块，将所述正常两相反电势输入通用锁相环模块，计算得到电机转速和转子位置。该方法能够有效抑制系统中高频抖振，解决相位延迟问题，提高转子位置的估算精度；省去坐标变换，提高了系统的鲁棒性，使得电机在故障模式下和参数变化扰动下均具有较好的跟踪能力；此外，其算法计算量小，简单易于实现，有利于新理论的工程化和实用化。实用化。实用化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于五相永磁容错电机无位置传感器控制方法


[0001]本专利技术属于多相电机无位置传感器控制
，尤其涉及一种用于五相永磁容错电机无位置传感器控制方法。

技术介绍

[0002]五相永磁容错电机具有高效率、高功率密度、宽调速范围、低转矩脉动和强容错能力等优点，在航空航天、电动汽车、舰船推进系统等领域得到广泛关注和应用。对于五相永磁容错电机控制系统，一般需要机械式位置传感器来检测转子位置和转速。但是机械式传感器的使用不仅会增加系统的成本和体积，还会降低系统的可靠性，从而限制了在高性能驱动应用场合的应用。因此，五相永磁容错电机无位置传感器控制的研究有着极其重要意义。
[0003]滑模观测器具有原理简单、稳定性好等特点，从而成为电机无位置传感器控制研究领域的一个研究热点。但是传统滑模观测器无位置控制系统抖振较大，同时由于低通滤波器的使用，会带来相位延迟的问题，一般需要增加相位补偿环节，不仅会增加滑模观测器结构的复杂度，同时也会降低估算系统的动静态跟踪能力。另一方面，当五相容错电机绕组发生故障时采用相应的容错控制策略可使得电机驱动系统继续无扰运行，提高电机驱动系统的可靠性。但故障模式下的电机相绕组处于不对称运行状态，并且正常相电流将发生畸变，若直接利用坐标变换构建观测器，故障模式下的估算精度将大为降低。此外，传统滑模观测器存在的问题将在故障模式下将进一步加剧。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，提出了一种强鲁棒性无需补偿的五相永磁容错电机无位置传感器控制方法，省去低通滤波器，无需相位补偿和坐标变换，能够确保电机驱动系统在正常和故障工况下均具有良好的跟踪性能，并且具备较好的抗扰动性能和动静态性能。
[0005]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于五相永磁容错电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1)建立基于反电势的五相永磁容错电机的任两相数学模型；
[0007]步骤2)利用双曲线函数构建基于任两相信号的电流状态观测器以获取相应的相反电势；
[0008]步骤3)构建通用锁相环(PLL)，将所述正常两相反电势输入通用PLL模块，计算得到电机转速和转子位置。
[0009]进一步，所述步骤1)的具体过程为：
[0010]五相永磁容错电机的任两相电压方程表示为
[0011][0012]式中，R
s
和L
s
分别为定子电阻和电感；x,y∈1,2,
…
,5；u
x
和u
y
为第x相和y相电压；i
x
和i
y
为第x相和y相电流；e
x
和e
y
为第x相和y相反电势，表示为
[0013][0014]其中，E
m
＝ω
e
γ
e
；γ
e
和θ
e
分别为反电势系数和转子位置电角度。
[0015]进一步，所述步骤2)的具体过程为：
[0016]2.1)选取滑模变结构函数。
[0017]利用双曲线函数作为滑模变结构函数，重新五相永磁容错电机的任两相电压方程，可表示为
[0018][0019]其中，为估算电流和实际电流的差值；λ为滑模系数；和为双曲线函数，表示为：
[0020][0021]其中，a为大于零的实数，可根据实际情况调节。
[0022]2.2)构建基于任两相信号的电流状态观测器。
[0023]将步骤2.1)中利用双曲线函数作为滑模变结构函数五相永磁容错电机电压方程与步骤2.2)中的电压方程作差，可得到基于任两相信号的电流状态观测器：
[0024][0025]在此观测器中，定义边界层为H＝0.99时自变量的大小。调节a值的大小可有效调节边界层的大小，进而改善反电势谐波含量。通过增加a值，可有效减小观测器的高频谐波，大大降低观测反电势的谐波含量，因此，所构建的观测器无需低通滤波器，进而可省去转子位置误差补偿环节，有利于简化步骤3中通用PLL的构建。
[0026]2.3)根据滑模运动的存在性和稳定性条件，分析本专利技术所提出观测器的稳定条件。
[0027]进一步，所述步骤3)的具体过程为：
[0028]根据转子位置范围,估算反电势必须满足：
[0029][0030]因此，可得：
[0031][0032]鉴相器的相位误差表示为：
[0033][0034]由上述两式可得，鉴相器的输出Δe为估算转子位置误差。将估算转子位置误差Δe通过环路滤波器即可得到估算转速信息同时将Δe通过环路滤波器和压控振荡器可得转子位置信息
[0035]本专利技术的有益效果：
[0036]1)本专利技术控制方法省去坐标变换，构建基于反电势的五相永磁容错电机的任两相数学模型以获取转子位置信息，使得相与相无相互影响，从而提高系统的鲁棒性，使得电机在故障模式下和参数变化扰动下均具有较好的跟踪能力。
[0037]2)本专利技术利用双曲线函数作为滑模变结构函数，构建基于任两相信号的电流状态观测器，通过调节变结构参数有效削弱系统中的抖振现象，解决了传统滑模观测器中使用低通滤波器和位置误差补偿环节带来的估算精度低、算法复杂等问题，不仅简化了控制算法，而且提高了观测器的动静态估算精度。
[0038]3)本专利技术首次将基于任两相信号的电流状态观测器、双曲线滑模变结构函数和通用锁相环综合运用于五相永磁容错电机无位置传感器控制系统中，实现了电机正常运行工况和故障运行工况下的高精度转子位置和转速估测，有效提高了电机驱动系统的容错性能和可靠性；
[0039]4)所提出的无位置传感器控制方法计算量小，简单易于实现，有利于新理论的工程化和实用化。
附图说明
[0040]图1为五相永磁容错电机的结构示意图；
[0041]图2为本专利技术控制方法的结构框图；
[0042]图3为传统滑模观测器的结构框图；
[0043]图4为本专利技术中双曲线函数；
[0044]图5为本专利技术中通用PLL的结构框图；
[0045]图6为本专利技术中仿真结果。(a)和(b)为BC相估算反电势，而(c)和(d)为AC相估算反电势。
具体实施方式
[0046]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0047]如图1所示，本专利技术的控制对象为五相永磁容错电机，包括定子、转子、永磁体、电枢齿、容错齿、电枢绕组；电枢齿和容错齿沿定子内圈周向间隔均匀分布，并且电枢齿的齿宽和容错齿的齿宽不相等；电枢齿上绕有电枢绕组线圈，为单层集中绕组，两相邻的单层集中绕组之间由容错齿进行隔离；转子内嵌入永磁体，呈“V”型分布；电枢齿和容错齿的总齿数为20，永磁体的极数为18本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于五相永磁容错电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)建立基于反电势的五相永磁容错电机的任两相数学模型；步骤2)利用双曲线函数构建基于任两相信号的电流状态观测器以获取相应的相反电势；步骤3)构建通用锁相环PLL模块，将所述正常两相反电势输入通用PLL模块，计算得到电机转速和转子位置。2.根据权利要求1所述的五相永磁容错电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤1)的具体步骤包括：五相永磁容错电机的任两相电压方程表示为式中，R
s
和L
s
分别为定子电阻和电感；x,y∈(1,2,
…
,5)；u
x
和u
y
分别为第x相和y相电压；i
x
和i
y
分别为第x相和y相电流；e
x
和e
y
分别为第x相和y相反电势，表示为其中，E
m
＝ω
e
γ
e
；γ
e
和θ
e
分别为反电势系数和转子位置电角度，ω
e
为角速度。3.根据权利要求2所述的五相永磁容错电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤2)的具体步骤包括：2.1)选取滑模变结构函数利用双...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽，朱孝勇，韩赛，沈东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：