基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及电机控制领域，公开了一种基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统及其控制方法，通过设计自适应滑模观测器去估计磁通可调电机1转子位置和速度信息时，采用sat饱和函数模块代替传统滑模观测器中的sgn符号函数，削弱传统滑模观测器引起的系统抖振。设计反电势自适应估计环节模块代替传统的低通滤波器，最后采用锁相环模块实现转子位置和转速的估计，采用锁相环代替反正切函数估计位置和精度。与现有技术相比，本发明专利技术通过自适应滑模观测器实时调节自适应参数，提高磁通可调电机控制精度，降低电机转子位置角与转速估计误差，最终实现记忆电机无位置传感器高精度控制。控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制领域，具体涉及一种基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统及其控制方法，用于估计磁通可调电机转子位置和速度信息，实现无位置传感器的磁通可调电机高精度控制。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有形体轻小、功率密度大、工作效率高等优点，目前广泛应用于军事、航天、工业、民用等诸多领域。传统的永磁同步电机利用稀土永磁体产生的磁场与旋转磁场相互作用产生转矩，具有高效率、高功率密度和低噪音等优点。但是这种永磁电机的调速范围受到电机磁链、电感等固有特性的限制；而且在发电运行时，故障灭磁困难，限制了其应用范围。所以采用一种磁通可调电机，采用高剩磁、低矫顽力的永磁材料，如铝镍钴(Al Ni Co)，通过施加瞬时脉冲，可以从非磁性状态转变成磁性状态，并能够保持磁通的大小和方向，从而实现对电机的控制。
[0003]磁通可调电机控制系统中，转子位置信息和速度检测是必不可少的。传统的机械传感器不仅安装成本高还容易损坏，降低系统的可靠性且需要单独的安装空间。为了克服这些缺点，提出了无传感器控制方法。按照无位置传感器技术的适用范围，通常将其分成两类，一类是适用于中高速的无位置传感器技术，另一类是适用于低速(零速)的无位置传感器技术。适用于中高速的磁通可调电机无位置传感器技术通过反电动势来观测转子位置和速度信息，且不需要利用电机的凸极，这使得适用于中高速的无位置传感器技术应用更广泛而且相对更简单。这一类方法主要有扰动观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器等。滑模观测器方法易于实现，对参数变化不敏感，抗干扰能力强，动态性能好，被广泛采用。
[0004]传统的滑模观测器在实际的控制系统中，存在大量的高频率估计和系统运行惯性的影响，导致出现常见的滑模变结构抖振现象从而直接影响到系统估计转子位置和速度。自适应滑模观测器可以很好的避免采用滤波器带来的相位的滞后和系统的不稳定性，但是观测器中固定的自适应参数已不能满足磁通可调电机高性能运行要求，因此，使用调磁脉冲调节参数值对磁通可调电机高性能运行至关重要。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统及其控制方法，通过自适应算法、锁相环技术以及调节自适应律参数削弱传统滑模观测器引起的系统抖振，提高电机反电势估计精度，实现了磁通可调电机无位置传感器良好的动态性能。
[0006]技术方案：本专利技术公开了一种基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统，包括磁通可调电机、电压检测模块、电流检测模块、正负脉冲检测模块、双桥臂桥式逆变电路模块、abc/αβ坐标变换模块、dq/αβ坐标变换模块、αβ/dq坐标变换模块、锁相环模块、转
速环调节器模块、d轴电流环调节器模块、q轴电流环调节器模块、SVPWM模块以及逆变器模块；还包括自适应滑模观测器模块，
[0007]所述磁通可调电机与所述电流检测模块连接，电流检测模块的输出端与abc/αβ坐标变换模块输入端连接，所述abc/αβ坐标变换模块输出端分别与所述自适应滑模观测器模块、αβ/dq坐标变换模块输入端连接，所述自适应滑模观测器模块输出端与所述锁相环模块输入端连接，所述锁相环模块的转速观测值输出端还与所述转速环调节器模块输入端连接，所述锁相环模块的转子位置观测值输出端与所述αβ/dq坐标变换模块、dq/αβ坐标变换模块连接；锁相环模块的脉冲个数输出端与双桥臂桥式逆变电路模块连接，正负脉冲检测模块输出端与自适应滑模观测器模块输入端连接；
[0008]所述αβ/dq坐标变换模块输出端、所述转速环调节器模块输出端均与q轴电流环调节器模块输入端连接，所述αβ/dq坐标变换模块输出端还与所述d轴电流环调节器模块输入端连接，所述d轴电流环调节器模块、q轴电流环调节器模块输出端与所述dq/αβ坐标变换模块连接，所述dq/αβ坐标变换模块输出端均与SVPWM模块、自适应滑模观测器模块连接，所述SVPWM模块的控制输出端与所述逆变器模块连接，所述逆变器模块驱动所述磁通可调电机；
[0009]所述自适应滑模观测器模块中设置有如下自适应调节策略：
[0010]自适应参数λ经正脉冲数n1，负脉冲数n2调节后，为：
[0011]λ＝λ0+n1Δλ
‑
n2Δλ
[0012]其中，λ0为自适应律初始参数，Δλ为自适应律参数变化量；将调节后的自适应参数λ输入到自适应滑模观测器模块中；对电机的扩展反电势微分得：
[0013][0014]式中，ω
e
为电角速度；ψ
f
为永磁体磁链；θ
e
电机转子的位置角；设计自适应滑模观测器模块中反电动势自适律如下式所示：
[0015][0016]式中，为电机转速估计误差，即λ为调节后的自适应律参数。
[0017]进一步地，所述锁相环模块估计转子位置和转速具体设计如下：
[0018]锁相环模块输出的电机反电势差ΔE为：
[0019][0020][0021]k＝
‑
ω
e
ψ
r
[0022]电机转子位置和速度检测单元的闭环传递函数和位置估计误差传递函数分别为：
[0023][0024][0025]锁相环的输入是斜坡信号，则锁相环稳态误差为：
[0026][0027]最后，通过调节所述锁相环模块的PI参数k
i
、k
p
准确的估算出电机转子位置和速度信息。
[0028]进一步地，abc/αβ坐标变换模块(4)表达式为：
[0029][0030]进一步地，αβ/dq坐标变换模块5为
[0031][0032]本专利技术还公开一种基于上述的基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统的控制方法，包括如下步骤：
[0033]步骤1：根据磁通可调电机调磁绕组中正负脉冲检测模块输出n1个正脉冲数，n2个负脉冲数，调节磁通可调电机的自适应律参数λ，并将λ输入到磁通可调电机的自适应滑模观测器模块中；
[0034]步骤2：基于磁通可调电机模型，采用自适应滑模观测器模块获得磁通可调电机两相静止坐标下的α轴的等效反电势观测值和β轴的等效反电势观测值
[0035]步骤3：α轴等效反电势观测值β轴等效反电势观测值输入到锁相环模块，估算出转子位置观测值和转速观测值
[0036]步骤4：将转子位置观测值分别输至dq/αβ坐标变换模块和αβ/dq坐标变换模块，并且将得到的转速观测值反馈到转速输入端与ω比较后输入给转速环调节器模块，经转速环调节器模块调节后得到电流i
q*
；
[0037]步骤5：经αβ/dq坐标变换模块输出的电流i
d
和i
q
，电流i
d
与d轴电流给定参考值i
def
比较后输入到d轴电流环调节器模块，输出d轴电压u...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统，包括磁通可调电机(1)、电压检测模块(15)、电流检测模块(3)、正负脉冲检测模块(7)、双桥臂桥式逆变电路模块(8)、abc/αβ坐标变换模块(4)、dq/αβ坐标变换模块(13)、αβ/dq坐标变换模块(5)、锁相环模块(9)、转速环调节器模块(10)、d轴电流环调节器模块(12)、q轴电流环调节器模块(11)、SVPWM模块(14)以及逆变器模块(2)；其特征在于，还包括自适应滑模观测器模块(6)，所述磁通可调电机(1)与所述电流检测模块(3)连接，电流检测模块(3)的输出端与abc/αβ坐标变换模块(4)输入端连接，所述abc/αβ坐标变换模块(4)输出端分别与所述自适应滑模观测器模块(6)、αβ/dq坐标变换模块(5)输入端连接，所述自适应滑模观测器模块(6)输出端与所述锁相环模块(9)输入端连接，所述锁相环模块(9)的转速观测值输出端还与所述转速环调节器模块(10)输入端连接，所述锁相环模块(9)的转子位置观测值输出端与所述αβ/dq坐标变换模块(5)、dq/αβ坐标变换模块(13)连接；锁相环模块(9)的脉冲个数输出端与双桥臂桥式逆变电路模块(8)连接，正负脉冲检测模块(7)输出端与自适应滑模观测器模块(6)输入端连接；所述αβ/dq坐标变换模块(5)输出端、所述转速环调节器模块(10)输出端均与q轴电流环调节器模块(11)输入端连接，所述αβ/dq坐标变换模块(5)输出端还与所述d轴电流环调节器模块(12)输入端连接，所述d轴电流环调节器模块(12)、q轴电流环调节器模块(11)输出端与所述dq/αβ坐标变换模块(13)连接，所述dq/αβ坐标变换模块(13)输出端均与SVPWM模块(14)、自适应滑模观测器模块(6)连接，所述SVPWM模块(14)的控制输出端与所述逆变器模块(2)连接，所述逆变器模块(2)驱动所述磁通可调电机(1)；所述自适应滑模观测器模块(6)中设置有如下自适应调节策略：自适应参数λ经正脉冲数n1，负脉冲数n2调节后，为：λ＝λ0+n1Δλ
‑
n2Δλ其中，λ0为自适应律初始参数，Δλ为自适应律参数变化量；将调节后的自适应参数λ输入到自适应滑模观测器模块中；对电机的扩展反电势微分得：式中，ω
e
为电角速度；ψ
f
为永磁体磁链；θ
e
电机转子的位置角；设计自适应滑模观测器模块中反电动势自适律如下式所示：式中，为电机转速估计误差，即λ为调节后的自适应律参数。2.根据权利要求1所述的一种基于调磁脉冲的磁通可调电机自适应滑模控制系统，其特征在于，所述锁相环模块(9)估计转子位置和转速具体设计如下：(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁庆，郑世佼，高帅，胥智超，黄晓洁，姚宇阳，赵晓庆，张涛，莫丽红，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：