一种永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术针对现有滑模观测器估算电机转子位置和速度信息时，会出现高频抖振、噪声、相位延迟等问题。本发明专利技术包括滑模观测器，用以得到永磁同步电机的转子位置角和角速度，进而得到转速；模糊PID控制器，包括模糊推理模块和PID模块，所述模糊推理模块以所述转速和目标转速的偏差和偏差的变化值作为输入，经模糊推理得到PID模块的系数K

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及无位置传感器的永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机无传感器技术主要分为两大类，分别是用于中高速的模型观测器法和用于零低速的凸极跟踪法。适用于中高速的无传感器控制方法是利用电机的反电动势来提取位置和速度信息，主要方法有滑模观测器法、模型自适应法、扰动观测器法等。滑模观测器是基于定子电流的实际值与电机数学模型得到的观测值之间的偏差并结合滑模变结构理论来设计的。但由于滑模控制特有的不连续性，使得抖振不可能完全消除，只能寻找新方法抑制。传统滑模观测器还存在相位滞后，产生高频信号和噪声，基于正反切函数估计转子位置时，会使误差进一步放大。不少学者针对滑模算法的抖振问题、相位延迟和转子位置估计等问题都做了深入研究。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种滑模控制方法，在参数出现抖动时，提高了电机系统的动态响应速度、稳定性和鲁棒性，降低了系统的抖振减低了电机运行成本提高了系统稳态精度和动态性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制系统，包括：
[0006]滑模观测器，用以得到永磁同步电机的转子位置角和角速度，进而得到转速；
[0007]模糊PID控制器，包括模糊推理模块和PID模块，所述模糊推理模块以所述转速和目标转速的偏差和偏差的变化值作为输入，经模糊推理得到PID模块的系数K
p
、K
i
和K
d
，所述转速和目标转速的偏差作为PID模块的输入，得到电流给定值
[0008]进一步的，所述滑模观测器包括：
[0009]滑模观测模块，用以根据定子电压和滑模控制律得到定子电流估计值；
[0010]滑模面模块，根据所述定子电流估计值与定子电流得到的电流误差，将所述电流误差输入滑模面方程中得到滑模面，进而得到滑模变结构控制律，并将所述滑模变结构控制律反馈至滑模观测模块中；
[0011]输出模块，用以根据所述滑模变结构控制律得到反电动势，进而得到转子位置角和角速度。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括：
[0013]S1、通过滑模观测器得到永磁同步电机的转子位置角和角速度，进而得到转速；
[0014]S2、根据所述转速和目标转速的偏差以及偏差变化值经模糊推理得到PID模块的
系数K
p
、K
i
和K
d
，所述转速和目标转速的偏差经PID控制，得到电流给定值
[0015]进一步的，步骤S1包括：
[0016]S11、根据定子电压和滑模控制律得到定子电流估计值；
[0017]S12、根据所述定子电流估计值与定子电流得到的电流误差，将所述电流误差输入滑模面方程中得到滑模面，进而得到滑模变结构控制律，并将所述滑模变结构控制律反馈至滑模观测模块中；
[0018]S13、用以根据所述滑模变结构控制律得到反电动势，进而得到转子位置角和角速度。
[0019]进一步的，所述定子电流估计值的计算方法为：
[0020][0021]式中，为定子电流i
s
＝[i
α
,i
β
]T
的估计值，u
s
＝[u
α
,u
β
]T
为定子电压，和分别为定子电阻R
s
和电感L的估计值，z＝[z
α
,z
β
]T
为滑模变结构控制律。
[0022]进一步的，所述滑模变结构控制律的获取方法为：
[0023]S121、将所述电流误差输入滑模面方程中，根据滑模面方程得到滑模面S；
[0024]所述滑模面方程为：
[0025][0026]式中，S为滑模面，为电流误差。
[0027]S122、根据得到:
[0028][0029]Z
n
＝
‑
εf(S)
‑
kS；
[0030]S123、根据下式得到滑模变结构控制律Z为：
[0031][0032]进一步的，步骤S123中，函数f(S)为：
[0033][0034]进一步的，所述转子位置角的获取方法包括：
[0035]S131、根据下式计算反电动势的估计值：
[0036][0037]S132、根据下式计算转子位置角的估计值：
[0038][0039]进一步的，所述转速和目标转速的偏差为S1，为：S1＝n(t)
‑
n
*
(t)；
[0040]所述偏差变化值为S2，为：S2＝S1(t)
‑
S1(t
‑
1)；
[0041]建立的模糊规则为：
[0042][0043]本发与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0044]1、本专利技术分析了永磁同步电机控制的可观测性，验证了电机控制系统的状态是可观测的，可以采用状态观测器取代机械的位置/速度传感器
[0045]2、本专利技术所述的滑模观测器没有低通滤波器和相位滞后，可以有效地减少抖振，与传统的滑模观测器相比，本专利技术的滑模观测器有效地抑制了传统滑模观测器中存在高频抖振、转矩脉动大的问题。
[0046]3、本专利技术在参数出现抖动时，采用饱和函数替换符号函数，提高了电机系统的动态响应速度、稳定性和鲁棒性。同时取消低通滤波器，降低了系统的抖振减低了电机运行成本提高了系统稳态精度和动态性能。
[0047]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0048]图1为本专利技术一具体实施例的控制系统原理图；
[0049]图2为本专利技术一具体实施例的模糊PID控制器的原理结构图；
[0050]图3为本专利技术一具体实施例的改进型滑模观测器原理框图；
[0051]图4为本专利技术一具体实施例的偏差S1和偏差变化值S2的隶属度函数图；
[0052]图5为本专利技术一具体实施例的输出增益K的隶属度函数图；
[0053]图6为本专利技术一具体实施例的模糊PID控制方法流程图；
[0054]图7为本专利技术一具体实施例的永磁同步电机的转速误差波形图；
[0055]图8为本专利技术一具体实施例的永磁同步电机的定子电流波形；
[0056]图9为本专利技术一具体实施例的永磁同步电机的定子电压波形。
具体实施方式
[0057]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，包括：滑模观测器，用以得到永磁同步电机的转子位置角和角速度，进而得到转速；模糊PID控制器，包括模糊推理模块和PID模块，所述模糊推理模块以所述转速和目标转速的偏差和偏差的变化值作为输入，经模糊推理得到PID模块的系数K
p
、K
i
和K
d
，所述转速和目标转速的偏差作为PID模块的输入，得到电流给定值2.如权利要求1所述一种永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，所述滑模观测器包括：滑模观测模块，用以根据定子电压和滑模控制律得到定子电流估计值；滑模面模块，根据所述定子电流估计值与定子电流得到的电流误差，将所述电流误差输入滑模面方程中得到滑模面，进而得到滑模变结构控制律，并将所述滑模变结构控制律反馈至滑模观测模块中；输出模块，用以根据所述滑模变结构控制律得到反电动势，进而得到转子位置角和角速度。3.一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：S1、通过滑模观测器得到永磁同步电机的转子位置角和角速度，进而得到转速；S2、根据所述转速和目标转速的偏差以及偏差变化值经模糊推理得到PID模块的系数K
p
、K
i
和K
d
，所述转速和目标转速的偏差经PID控制，得到电流给定值4.如权利要求3所述一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，步骤S1包括：S11、根据定子电压和滑模控制律得到定子电流估计值；S12、根据所述定子电流估计值与定子电流得到的电流误差，将所述电流误差输入滑模面方程中得到滑模面，进而得到滑模变结构控制律，并将所述滑模变结构控制律反馈至滑模观测模块中；S13、用以根据所述滑模变结构控制律得到反电动势，进而得到转子位置角和角速度。5.如权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡蔚，李效宾，王进国，夏思雨，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：