一种三相永磁同步电机全速度调速方法技术

本发明专利技术涉及一种三相永磁同步电机全速度调速方法，此方法通过改进滑模观测器，实现了电机从零速到额定转速的平滑稳定运行，解决了滑模观测器在电机低速运行时的抖动问题以及改变旋转方向时转速无法过零问题。本发明专利技术的具体方案为：通过设计一种改进滑模观测器，采用连续饱和函数替代传统符号函数，此外，将转速估计器进行了改进，采用实际电机转速w

【技术实现步骤摘要】
一种三相永磁同步电机全速度调速方法


[0001]本专利技术涉及电机控制领域，具体是一种基于滑模控制算法的永磁同步电机全速度调速控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机诞生于20世纪50年代，因其功率高，体积小，结构简单等优点在工业以及生产生活中被广泛使用。
[0003]然而，在永磁同步电机矢量控制中，经常采用PI控制，虽然这种算法结构简单且实现起来较为方便，但是其PI参数极易受到电机参数变化和外部干扰影响。专利技术专利《一种永磁同步电机无速度传感器控制方法》(申请号CN114221593A)中提出了一种永磁同步电机无传感器的调速方法，能够实现低速到中高速的平滑切换，使得电机在全频段范围内有更为平滑的调速过程；专利技术专利《一种永磁同步电机可正反转调速的无位置传感器控制方法》(授权号CN109167543B)采用切换控制方式，即I/F启动控制策略和龙伯格观测器来回切换的方法，可以准确估计转子位置，实现了永磁同步电机全速域无传感器控制，；技术专利《一种永磁同步电机变速控制系统》(授权号CN205986680U)中通过采用TMS2812来控制变频从而实现调速，设置了智能功率模块，在充分保证电路安全运行的基础上实现了永磁同步电机的精确调速；专利技术专利《一种实现凸极永磁同步电机无速度传感器控制的方法》(申请号CN103904973A)中采用全阶状态滑模观测器来实现永磁同步电机的调速，提高了转子位置估计对转速估计偏差的鲁棒性，同时避免了放大滑模噪声，保证了系统的稳定性；技术专利《一种矿用电机车永磁变频调速器》(授权号CN210970705U)提出了一种矿用永磁同步电机变频调速方案；专利技术专利《一种表贴式永磁同步电机无位置传感器转速估计切换方法》(申请号CN109560728A)中采用切换控制方法，在低速域阶段采用高频信号注入法，中高速与采用模型参考自适应方法，保证电机在全速度范围内实现无位置传感器控制；专利技术专利《一种表贴式永磁同步电机调速系统的饱和控制方法》(申请号CN110557067A)中采用饱和低增益Lyapunov函数替换转速环PI控制器来实现大电流的抑制效果，解决了表贴式永磁同步电机快速响应与启动或变负载运行时大电流之间的矛盾。

技术实现思路

[0004]针对以上技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种改进的滑模控制方法，采用改进滑模控制来替代传统的PI控制，对电流环和转速环的控制方案进行优化，通过设计一种改进滑模观测器，采用连续饱和函数替代传统符号函数，使得永磁同步电机能够从零速到额定转速的平滑稳定运行，解决滑模观测器在低速运行时的抖动问题以及改变旋转方向时转速无法过零问题，此外，将转速估计器进行了改进，采用实际电机转速w
r
来进行反馈调节，能够实现电机正反转连续运行。
[0005]根据一种三相永磁同步电机全速度调速方法，所采取的技术方案如下：
[0006]一种三相永磁同步电机全速度调速方法，具体产品包括永磁同步电机、整流电路、
滑模观测器、转速环以及电流环滑模控制器、SVPWM信号发生模块以及坐标变换模块。此方法通过改进滑模观测器，实现了电机从零速到额定转速的平滑稳定运行，解决了滑模观测器在电机低速运行时的抖动问题以及改变旋转方向时转速无法过零问题；
[0007]首先，在传统滑模观测器的基础上，设计了一种新型连续饱和函数替代传统符号函数，其函数表达式为：
[0008][0009]由该函数可知，该函数在趋近律零点时波形平稳，且能够连续的穿越零点，能够有效的削弱抖振，然后，构建了新型的滑模控制律，其函数为：
[0010][0011]其中ν
α
、ν
β
为反电动势估计值，为电流估计值，为电流实际值；
[0012]此外，将转速估计器进行了改进，采用实际电机转速w
r
来进行反馈调节，能够实现电机正反转连续运行，具体的，改进后的转速估计函数为：
[0013][0014]最后，采用滑模控制器来替代传统PI控制，以转子速度偏差和d、q轴电流偏差作为输入量，设计了一种连续饱和函数，滑模控制器和滑模观测器采用两种不同的连续饱和函数，其稳定性效果要比滑模控制器和滑模观测器使用相同的连续饱和函数效果好，实际值和估计值之间的误差更小，具体的，另一种连续饱和函数为：
[0015]式中b＞0，用来调节连续函数斜率。
[0016]有益效果：本专利技术通过设计一种改进滑模观测器及转子速度估计函数，实现了电机从零速到额定转速的稳定运行。具体的，设计了一种新型连续饱和函数，有效的解决了滑模控制全速度范围内的抖振问题；然后对转子速度估计函数进行改进，采用实际电机转速来进行反馈调节，并设计一种滑模趋近率函数，使得估计转速更加接近实际转速，能够实现电机在全速度范围的连续正反向稳定运行，解决了传统基于反正切滑模观测器无法正反向运行的问题。此外，本专利技术采用改进滑模控制替代电流环和转速环中传统PI控制，以转子速度偏差和d、q轴电流偏差作为输入量，提高了系统的抗干扰能力。
附图说明
[0017]图1是基于改进后滑模控制的永磁同步电机控制系统结构框图，包含了转速、电流
环改进滑模控制模块，坐标变换模块，SVPWM模块，整流桥模块，电机模块以及基于反正切的滑模观测器模块。
[0018]图2是永磁同步电机速度切换时改进后的滑模控制算法与传统PI控制和滑模控制对比波形图。
[0019]图3是图2中1的放大波形图，包含2是传统滑模算法，3是传统PI控制算法，4是改进滑模算法。
[0020]图4是在低速下永磁同步电机速度切换，与传统PI控制和滑模控制对比波形图。
[0021]图5是图4中5的放大波形图，包含6是传统滑模控制算法，7是传统PI控制算法，8是改进滑模控制算法。
[0022]图6是改进的滑模控制算法与基于反正切函数的滑模控制算法的转速对比波形图，包含9是基于反正切函数的滑模控制算法，10是改进的滑模控制算法。
具体实施方式
[0023]接下来结合图1～6来对本专利技术做进一步解释：
[0024]图1是基于改进后滑模控制的永磁同步电机控制系统结构框图，该框图中包含了转速、电流环改进滑模控制模块，坐标变换模块，SVPWM模块，整流桥模块，电机模块以及基于反正切的滑模观测器模块。具体实施步骤包括如下：
[0025]步骤一：给定转子速度和估计转子速度的偏差信号作为改进转速环滑模控制的输入，构建转速环滑模控制的状态变量为：
[0026][0027]其中，w
ref
为转速给定值，w
m
为转速反馈值；因此，定义滑模函数为：
[0028]s＝cx1+dx2[0029]其中，c、d为滑模面参数，对该滑模函数求导为：
[0030][0031]采用新型滑模趋近律，则有：
[0032][0033]其中，式中a＞0，用来调节连续函数斜率。该连续函数采用分段控制形式，边界层内部采用缓慢逼近原点的形式，边界本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相永磁同步电机全速度调速方法，具体产品包括永磁同步电机、整流电路、滑模观测器、转速环以及电流环滑模控制器、SVPWM信号发生模块以及坐标变换模块。此方法通过改进滑模观测器，实现了电机从零速到额定转速的平滑稳定运行，解决了滑模观测器在电机低速运行时的抖动问题以及改变旋转方向时转速无法过零问题；首先，在传统滑模观测器的基础上，设计了一种新型连续饱和函数替代传统符号函数，其函数表达式为：由该函数可知，该函数在趋近律零点时波形平稳，且能够连续的穿越零点，能够有效的削弱抖振，然后，构建了新型的滑模控制律，其函数为：其中Z＝f(u)、ν
α
、v
β
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯凯，张乃峰，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：