表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法。方法包括设计改进滑模观测器；根据柔性加权切换控制策略，当电机转速小于预设最小边界转速值，则通过恒流变频I/F启动控制策略控制；当电机转速大于预设最大边界转速值，则通过改进滑模观测器控制策略控制；当电机转速在两者之间，则通过复合控制策略控制，最终实现电机的复合控制。本发明专利技术方法可实现永磁同步电机无位置传感器全速度控制，同时具有动态性能好、算法结构简单可靠易于实现等特点，适用范围可覆盖对启动性能要求不高的中低端电驱动应用场景如风机、水泵电机等，简化了控制系统的结构，提高了系统的可靠性。的可靠性。的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法


[0001]本专利技术涉及了一种传感器复合控制方法，具体涉及一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法。

技术介绍

[0002]表贴式永磁同步电机具有功率密度高、转矩惯量比大、效率高等优点，因此在家用电器、风力发电、电动轮船等诸多领域有广泛的应用前景。表贴式永磁同步电机常采用矢量控制策略，通过位置传感器来检测转子位置以实现电机控制，但位置传感器也因其价格昂贵、额外的体积、接线多、易损坏等缺点影响着表贴式永磁同步电机的应用，故无位置传感器控制策略应运而生。现有的无位置传感器技术通常适用于某一个速度范围而不能实现全速度的高效控制，且不同速度区间控制算法的切换会给系统带来不稳定性。
[0003]在无位置传感器算法中，状态观测器法凭借其结构简单、无需添加额外硬件、适应性好等特点,得到广泛应用。但是，由于滑模观测器中采用的是不连续的开关控制，其观测结果存在抖动。为了获得更佳的观测结果,提高电机控制的精度,对滑模观测器的优化具有重大意义。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术所提供一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法。方法以实现表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制，降低控制算法切换带来的不稳定性，有效提升控制精度。
[0005]本专利技术采用的技术方案是：
[0006]本专利技术表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法包括如下步骤：
[0007]步骤1)建立表贴式永磁同步电机的电机静止坐标系电流状态方程，基于电机静止坐标系电流状态方程，使用滑模观测方法设计改进滑模观测器。
[0008]步骤2)设计柔性加权切换控制策略和复合控制策略，柔性加权切换控制策略中包括预设最小边界转速值和预设最大边界转速值，根据柔性加权切换控制策略，当表贴式永磁同步电机的电机转速小于预设最小边界转速值，则通过恒流变频I/F启动控制策略控制表贴式永磁同步电机；当表贴式永磁同步电机的电机转速大于预设最大边界转速值，则通过改进滑模观测器控制策略，将控制电压输入改进滑模观测器中，改进滑模观测器输出扩展反电动势的观测值，根据扩展反电动势的观测值获得电角速度和电角度的观测值进而控制表贴式永磁同步电机；当表贴式永磁同步电机的电机转速在预设最小边界转速值和预设最大边界转速值之间时，则通过复合控制策略控制表贴式永磁同步电机，最终实现表贴式永磁同步电机的复合控制。
[0009]所述的步骤1)中，表贴式永磁同步电机的电机静止坐标系电流状态方程具体如下：
[0010][0011][0012]其中，t为时间；i
α
和i
β
分别为表贴式永磁同步电机的电流的α和β轴分量；A为表贴式永磁同步电机的系数矩阵；Ls为表贴式永磁同步电机的定子电感；u
α
和u
β
分别为表贴式永磁同步电机的定子电压的α和β轴分量；E
α
和E
β
分别为表贴式永磁同步电机的扩展反电动势的α和β轴分量；R为表贴式永磁同步电机的定子电阻。
[0013]所述的表贴式永磁同步电机的扩展反电动势的α轴分量E
α
和β轴分量E
β
具体如下：
[0014][0015]其中，ψ
f
为表贴式永磁同步电机的永磁体磁链；ω
e
为表贴式永磁同步电机的电角速度；θ
e
为表贴式永磁同步电机的转子电角度。
[0016]所述的步骤1)中，改进滑模观测器具体如下：
[0017][0018][0019][0020][0021]其中，i
α
和i
β
分别为表贴式永磁同步电机的定子电流的观测值的α和β轴分量；v
α
和v
β
为表贴式永磁同步电机的控制电压的α和β轴分量；i
α
和i
β
分别为表贴式永磁同步电机的电流观测误差的α和β轴分量，i
α
＝i
α
‑
i
α
，i
β
＝i
β
‑
i
β
；E
α
和E
β
分别为表贴式永磁同步电机的扩展反电动势的观测值的α和β轴分量，当观测器的状态变量达到滑模面时，即i
α
＝i
β
＝0，观测器将一直保持在滑模面上，根据滑模控制的等效控制原理，此时的控制量可看作等效控制量，即可得到扩展反电势观测值；i
α
[k+1]和i
β
[k+1]分别为k+1时刻表贴式永磁同步电机的定子电流的观测值的α和β轴分量，i
α
[k]和i
β
[k]分别为k时刻表贴式永磁同步电机的定子电流的观测值的α和β轴分量，k为离散状态下的时刻；T
S
为采样周期；u
α
[k]和u
β
[k]分别为k时刻表贴式永磁同步电机的定子电压的α和β轴分量；v
α
[k]和v
β
[k]分别为k时刻表贴式永磁同步电机的控制电压的α和β轴分量。
[0022]所述的表贴式永磁同步电机的控制电压的α轴分量v
α
和β轴分量v
β
具体如下：
[0023][0024][0025]其中，δ为控制参数，为很小的正常数；j为滑模增益系数；为准滑动模态连续函数，使用准滑动模态连续函数代替符号函数sgn
(s)
设计滑模控制率。
[0026]所述的步骤2)中，根据扩展反电动势的观测值获得电角速度和电角度的观测值，具体如下：
[0027][0028]θ
e
＝∫ω
e
dt
[0029]其中，ω
e
和θ
e
分别为表贴式永磁同步电机的电角速度和电角度的观测值；k
p
和k
i
分别为锁相环控制的比例系数和积分系数；s为积分变量。
[0030]所述的步骤2)中，当表贴式永磁同步电机的电机转速小于预设最小边界转速值n
min
，则通过恒流变频I/F启动控制策略控制表贴式永磁同步电机，恒流变频I/F启动控制策略通过预设斜坡转速信号获得表贴式永磁同步电机的电角速度的估计值和电角度的估计值进而控制表贴式永磁同步电机。
[0031]恒流变频I/F启动控制策略，给定一个斜坡转速信号，并对该斜坡信号进行积分处理产生角度信息，结合输入目标转速值生成一个幅值跟随转速值且频率逐渐增大的旋转电流矢量。
[0032]所述的步骤2)中，当表贴式永磁同步电机的电机转速在预设最小边界转速值n
min
和预设最大边界转速值n
max
之间时，则通过复合控制策略控制表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法，其特征在于：方法包括如下步骤：步骤1)建立表贴式永磁同步电机的电机静止坐标系电流状态方程，基于电机静止坐标系电流状态方程，使用滑模观测方法设计改进滑模观测器；步骤2)设计柔性加权切换控制策略和复合控制策略，柔性加权切换控制策略中包括预设最小边界转速值和预设最大边界转速值，根据柔性加权切换控制策略，当表贴式永磁同步电机的电机转速小于预设最小边界转速值，则通过恒流变频I/F启动控制策略控制表贴式永磁同步电机；当表贴式永磁同步电机的电机转速大于预设最大边界转速值，则通过改进滑模观测器控制策略，将控制电压输入改进滑模观测器中，改进滑模观测器输出扩展反电动势的观测值，根据扩展反电动势的观测值获得电角速度和电角度的观测值进而控制表贴式永磁同步电机；当表贴式永磁同步电机的电机转速在预设最小边界转速值和预设最大边界转速值之间时，则通过复合控制策略控制表贴式永磁同步电机，最终实现表贴式永磁同步电机的复合控制。2.根据权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法，其特征在于：所述的步骤1)中，表贴式永磁同步电机的电机静止坐标系电流状态方程具体如下：体如下：其中，t为时间；i
α
和i
β
分别为表贴式永磁同步电机的电流的α和β轴分量；A为表贴式永磁同步电机的系数矩阵；Ls为表贴式永磁同步电机的定子电感；u
α
和u
β
分别为表贴式永磁同步电机的定子电压的α和β轴分量；E
α
和E
β
分别为表贴式永磁同步电机的扩展反电动势的α和β轴分量；R为表贴式永磁同步电机的定子电阻。3.根据权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法，其特征在于：所述的表贴式永磁同步电机的扩展反电动势的α轴分量E
α
和β轴分量E
β
具体如下：其中，ψ
f
为表贴式永磁同步电机的永磁体磁链；ω
e
为表贴式永磁同步电机的电角速度；θ
e
为表贴式永磁同步电机的转子电角度。4.根据权利要求2所述的一种表贴式永磁同步电机全速域无位置传感器复合控制方法，其特征在于：所述的步骤1)中，改进滑模观测器具体如下：
其中，i
α
和i
β
分别为表贴式永磁同步电机的定子电流的观测值的α和β轴分量；v
α
和v
β
为表贴式永磁同步电机的控制电压的α和β轴分量；i
α
和i
β
分别为表贴式永磁同步电机的电流观测误差的α和β轴分量，i
α
＝i
α
‑
i
α
，i
β
＝i
β
‑
i
β
；E
α
和E
β
分别为表贴式永磁同步电机的扩展反电动势的观测值的α和β轴分量；i
α
[k+1]和i
β
[k+1]分别为k+1时刻表贴式永磁同步电机的定子...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘柏松，周世康，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：