一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统及方法，本发明专利技术采用的滑模观测器没有低通滤波器，也无需考虑相位滞后需要增加的相位补偿，可以有效地减少电机在中高速运转过程中的抖振。本发明专利技术设计了对数型滑模面函数，该滑模面函数在同样的边界层厚度下，电机抖振要小于其余传统的滑模面函数。本发明专利技术增加了模糊规则逻辑模块用于调节滑模面函数的边界层厚度，在静止坐标系下两相电流误差较大时令边界层厚度减小，加快滑动模态内状态轨迹的趋近速度，在两相电流误差较小时令边界厚度增大，削弱系统的抖振，使得整体系统在减小转速误差与削弱电机运转抖振之间尽可能达到平衡。平衡。平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统及方法


[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，尤其涉及一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统及方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机的无位置传感器技术主要分为在零速或低速时使用的基于高频信号的高频信号注入法与在中高速时使用的基于基波激励的滑模观测器算法、模型参考自适应控制算法、扩展卡尔曼滤波器算法等。滑模观测器算法是一种对系统模型精度要求不高，对参数变化和外部干扰不敏感的鲁棒性很强的控制方法。在三相永磁同步电机控制方法中，该方法基于电流估计值与反馈值之间的误差来设计滑模观测器，并通过该误差重构电机的反电动势，进而估算转子的角度与速度。但是传统滑模观测器的趋近律一般采用等速趋近律，会导致电机运转过程中抖振现象较为明显。另外传统的滑模观测器由于采用了符号函数的缘故，实际的控制量是一个不连续的高频切换信号，因此在提取连续的扩展反电动势估计值时还需要增加一个低通滤波器，而低通滤波器的加入还会导致延迟效应产生位置角度估算误差，因此还需要加入一个角度补偿，这就导致了传统的滑模观测器的效果不是特别理想。不少学者针对滑模观测器算法的抖振问题、相位延迟问题与转子位子估计等问题都做了研究。
[0003]本专利技术主要针对滑模观测器的趋近律进行了设计，尽可能令估计转速与实际转速更接近。同时对于滑模观测器的边界层厚度利用模糊控制进行调整，从而降低电机运转中的抖振问题。

技术实现思路

[0004]为了减轻利用滑模观测器算法的永磁同步电机的无位置传感器控制方法中产生的电机运转中的抖振问题，以及尽可能减小估计转速与实际转速之间的误差，本专利技术提供一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统及方法。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]根据本说明书的第一方面，提供一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统，包括：
[0007]滑模观测器，通过永磁同步电机的电流信息与电压信息，得到电机的转子位置角度与角速度，进而获取转速；
[0008]模糊规则逻辑模块，将电流观测误差作为输入，通过模糊规则控制调节滑模观测器中滑模面函数的边界层厚度。
[0009]进一步地，所述滑模观测器包括：
[0010]电流电压转换模块，将永磁同步电机的三相电流与三相电压均通过Clark变换转换成静止坐标系的两相电流与两相电压；
[0011]滑模观测模块，通过静止坐标系的两相电压与滑模观测律得到静止坐标系的两相
电流估计值；
[0012]滑模面模块，通过静止坐标系的两相电流估计值与实际值相减得到的电流误差，将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，将滑模变结构控制律输入到滑模面函数中，输出静止坐标系下的两相反电动势；
[0013]反正切变换模块：将滑模面模块得到的两相反电动势作为输入，通过反正切函数计算得到电机的转子位置角度，并通过求微分运算得到电机的角速度，进而获取转速。
[0014]根据本说明书的第二方面，提供一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制方法，包括：
[0015]S1、通过滑模观测器得到永磁同步电机的转子位置角度与角速度，进而获取转速；
[0016]S2、通过模糊规则逻辑模块，根据电流估计值与实际值的偏差经过模糊推理确定滑模观测器的滑模面函数边界层厚度。
[0017]进一步地，步骤S1包括：
[0018]S11、根据静止坐标系的两相电压与滑模观测律得到静止坐标系的两相电流估计值；
[0019]S12、根据静止坐标系的两相电流估计值与实际值相减得到的电流误差，将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，将滑模变结构控制律输入到滑模面函数中，输出静止坐标系下的两相反电动势，进而得到转子位置角度以及角速度。
[0020]进一步地，所述静止坐标系的两相电流估计值的计算方法为：
[0021][0022]式中，与为静止坐标系两相电流估计值，u
α
与u
β
为静止坐标系两相电压，R为定子电感，ω
e
为电机的电角速度，L
d
与L
q
分别为d
‑
q轴电感分量，ν
α
与ν
β
为反电动势的估计值。
[0023]进一步地，所述滑模变结构控制律为：
[0024][0025]式中，ν
α
与ν
β
为反电动势的估计值，E
α
与E
β
为静止坐标系两相反电动势值，k为滑模增益系数，f(s)为滑模面函数，与为静止坐标系两相电流估计值，i
α
与i
β
为静止坐标系两相电流；其中滑模增益系数需要满足的条件为：
[0026][0027]式中，R为定子电感。
[0028]进一步地，所述滑模面函数f(s)的形式为：
[0029][0030]式中，s为静止坐标系的两相电流观测误差，m为滑模面函数的边界层厚度，由模糊
规则逻辑模块输出。
[0031]进一步地，通过反电动势得到转子位置角度的方法为反正切函数法：
[0032][0033]式中，为估计的转子位置角度，E
α
与E
β
为静止坐标系两相反电动势值，对转子位置角度求微分获取转子角速度。
[0034]进一步地，步骤S2包括：
[0035]S21、对模糊规则逻辑模块，将静止坐标系的两相电流观测误差s作为一个模糊语言变量，将滑模面函数边界层厚度m作为输出变量；定义输入变量s的论域为[
‑
0.3 0.3]，定义输出变量m的论域为[0 0.1]；定义输入变量的模糊语言为{NH NB NM NS NL Z PL PS PM PB PH}，定义输出变量的模糊语言为{Z PL PS PM PB PH}；
[0036]S22、对模糊规则逻辑模块定义其模糊推理规则为：
[0037]sNHNBNMNSNLZPLPSPMPBPHmZPLPSPMPBPHPBPMPSPLZ
[0038]进一步地，所述模糊规则逻辑模块的输入与输出均采用三角形作为隶属度函数，采用Mamdani法作为模糊推理法，采用重心法作为反模糊化方法。
[0039]本专利技术与原有的传统滑模观测器相比，具有以下的技术效果：
[0040]1、本专利技术所述的滑模观测器没有低通滤波器，也无需考虑相位滞后需要增加的相位补偿，可以有效地减少电机在中高速运转过程中的抖振。与传统滑模观测器相比，有效地抑制了传统滑模观测器中存在的较大的转矩脉动的问题。
[0041]2、本专利技术在转速发生变化时，采用了新的对数型滑模面函数替代了传统的符号函数，此外该函数与其余的饱和函数、正弦函数、双曲正切函数等函数相比，在同样的边界层厚度下，对数型滑模面函数的电机抖振要小于其余传统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括：滑模观测器，通过永磁同步电机的电流信息与电压信息，得到电机的转子位置角度与角速度，进而获取转速；模糊规则逻辑模块，将电流观测误差作为输入，通过模糊规则控制调节滑模观测器中滑模面函数的边界层厚度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滑模观测器包括：电流电压转换模块，将永磁同步电机的三相电流与三相电压均通过Clark变换转换成静止坐标系的两相电流与两相电压；滑模观测模块，通过静止坐标系的两相电压与滑模观测律得到静止坐标系的两相电流估计值；滑模面模块，通过静止坐标系的两相电流估计值与实际值相减得到的电流误差，将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，将滑模变结构控制律输入到滑模面函数中，输出静止坐标系下的两相反电动势；反正切变换模块：将滑模面模块得到的两相反电动势作为输入，通过反正切函数计算得到电机的转子位置角度，并通过求微分运算得到电机的角速度，进而获取转速。3.一种边界层自适应调节的永磁同步电机控制方法，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度与角速度，进而获取转速；S2、通过模糊规则逻辑模块，根据电流估计值与实际值的偏差经过模糊推理确定滑模观测器的滑模面函数边界层厚度。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1包括：S11、根据静止坐标系的两相电压与滑模观测律得到静止坐标系的两相电流估计值；S12、根据静止坐标系的两相电流估计值与实际值相减得到的电流误差，将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，将滑模变结构控制律输入到滑模面函数中，输出静止坐标系下的两相反电动势，进而得到转子位置角度以及角速度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述静止坐标系的两相电流估计值的计算方法为：式中，与为静止坐标系两相电流估计值，u
α
与u
β
为静止坐标系两相电压，R为定子电感，ω
e
为电机的电角速度，L
d
与L
q
分别为...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪明阳，孙志锋，马风力，马宇，黄颖，
申请(专利权)人：杭州力超智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：