【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制，具体涉及一种基于非奇异滑模观测器的pmsm无传感器矢量控制方法。
技术介绍
1、近年来，随着汽车工业的发展，永磁同步电机(permanent magnet synchronousmotor，简称pmsm)，具有结构简单、功率密度高和高效节能等特点被应用于很多高精度场所，研发出稳定的pmsm调速控制系统具有重要现实意义与价值。一般获取精准的pmsm转子位置和速度，通常安装旋转变压器、光电编码器之类的机械式传感器，对转子信息进行采集，但是这些传感器一般安装在转子轴上，会造成安装困难、驱动装置体积笨重和增加维护成本等问题，特别在一些场合中无法使用。因此，国内外学者均着手于永磁同步电机无传感器控制算法的研究，使用算法来代替传统工业中使用机械式传感器克服以上缺陷。
2、近年来许多学者提出了很多不同的控制方法。目前常用的控制算法有：扩展卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、磁链积分估算法、滑模观测器法等。扩展卡尔曼滤波法对系统施加的负载干扰性有着及强的鲁棒性，但计算过程太过于复杂。模型参考自适应进行pmsm调速控制，虽结构简单易行，但对参数波形太过于敏感，鲁棒性不强。
3、结合滑模变结构控制理论方面的研究可知，滑模观测器以定子电流、电压作为输入得到滑模面。这种方法不依赖动态模型的精度，公式计算简单，当系统内部参数波动时不会发生太大影响，对外也有很强的抗干扰能力，在pmsm调速系统中被广泛应用，但都有着一定的缺陷性。基于此前技术的基础上，为了让观测器的精度和性能都得到一定的优化，也有研究人员设计出一种
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服克服永磁同步电机矢量控制过程中，使用机械式速度传感器测量精度不稳定，且机械式速度传感器对安装同轴度要求较高，同时提高了系统硬件成本，增大了电机体积等缺陷，提供一种基于非奇异滑模观测器的pmsm无传感器矢量控制方法，在矢量控制中加入了无速度传感器技术，并与传统滑模观测器法相比，能够在较宽的范围内实现转速和磁链观测的稳定和精准性，同时在系统参数发生改变时，电机均能保持稳定运行。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
3、本专利技术提供一种基于非奇异滑模观测器的pmsm无传感器矢量控制方法，包括如下步骤：
4、s1、通过对该电机建立起基于两相静止坐标系αβ下的电压状态方程并分析，重构为定子电流状态方程，推导出电流状态观测方程；
5、s2、通过对三相电流iabc和三相电压的采集uabc，得出电流误差状态方程；
6、s3、通过得到的电流观测误差作为状态变量，以此构造出新型非奇异快速终端滑模观测器的滑模面函数s(t)，并基于该滑模面函数与电流误差状态方程，设计出滑模面等效函数veq和切换控制函数vsw，采用李雅普诺夫函数稳定判据证明其稳定性；
7、s4、采用设计的自适应反电动势滤波器对扩展反电动势进行重构，获得滤波后的反电动势预估值和最后基于锁相环原理提取出所需信息估算出电机转子位置和速度
8、进一步地，步骤s1中，通过clark坐标变换得到电压状态方程为：
9、
10、其中，uα、uβ分别为αβ轴下的定子电压分量；iα、iβ分别为αβ轴下的定子电流分量；ld、lq分别为定子电感的dq轴电感分量；p为微分算子；ωe为电角速度；ψf为电机的定子磁链，rs为定子电阻；eα和eβ分别为αβ轴下的反电动势并且其式为：
11、
12、式中，id、iq分别为dq轴下的电流分量；θe为转子位置电角度；
13、由于是表贴式永磁同步电机，故ld＝lq＝ls；为了获得扩展反电动势预估值，对电压状态方程重构为定子电流状态方程再做差得到：
14、
15、式中，为电流观测值。
16、进一步地，步骤s2中，对三相永磁同步电机输出的三相电流iabc和三相电压的采集uabc，采用clark坐标变换将三相电流iabc变换为两相静止坐标系下的电流iαβ和电压uαβ；将uαβ当成电流观测器的输入，将电流观测状态值iαβ与相比得出电流观测误差，得出电流误差状态方程为：
17、
18、其中，为电流误差值。
19、进一步地，步骤s3中，通过得到的电流观测误差作为状态变量，以此构造出新型非奇异快速终端滑模观测器的滑模面函数s(t)；
20、设计新型非奇异滑模面函数为：
21、
22、其中，是饱和函数，δ为边界层厚度，τ、η均大于0，且p＞q均为正奇数，将定义为
23、进一步地，步骤s3中，当状态量进入滑动状态时，得即：
24、
25、将上式变换为：
26、
27、由变换式可知，当系统误差状态离目标平衡点较远时，状态量由线性项起主要作用；当接近目标平衡点附近时，此时由非线性项起主要作用，故设计的非奇异快速终端滑模面可使全局快速收敛；其中，与传统滑模面相比本专利技术设计的积分型滑模面的滑动模态趋近律与积分项，不存在微分状态且避免了奇异现象。
28、进一步地，步骤s3中，设计出滑模面等效函数veq和切换控制函数vsw；
29、等效函数veq和切换控制函数vsw通过滑模面函数构造，即等效函数veq：
30、
31、切换控制函数vsw由线性终端吸引子函数和快速幂次趋近律复合而成，即：
32、
33、其中，lg、均大于0，ωn为实际转速值；ωref为给转速值；
34、由等效控制函数与切换控制函数，推导出滑模控制律函数为：
35、
36、进一步地，步骤s3中，采用李雅普诺夫函数稳定判据证明其稳定性；
37、构造一个lyapunov函数对新型滑模观测器的稳定性进行判断，选取其lyapunov函数为：
38、
39、对v进行求导：
40、
41、对αβ分别进行稳定性判定，有：
42、
43、简化式，有：
44、
45、其中，在之外都是负定的，因此理论上可证明该系统是稳定的。
46、进一步地，步骤s4中，采用设计的自适应反电动势滤波器对扩展反电动势进行重构，获得滤波后的反电动势预估值和
47、构造一种含有终端吸引子的自适应反电动势滤波器：
48、
49、其中：z1、z2是滤波器的状态变量；r、p、q均大于0；m＞1；再通过设计的滤波器进行二次滤波，滤除其中的高频部分，自适应滤波器的数学表达式为：
50、
51、其中，ks为滤波器增益；与传统滑模观测器中采用的低通滤波器相比，改本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于非奇异滑模观测器的PMSM无传感器矢量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，通过Clark坐标变换得到电压状态方程为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，对三相永磁同步电机输出的三相电流iabc和三相电压的采集uabc，采用Clark坐标变换将三相电流iabc变换为两相静止坐标系下的电流iαβ和电压uαβ；将uαβ当成电流观测器的输入，将电流观测状态值iαβ与相比得出电流观测误差，得出电流误差状态方程为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，通过得到的电流观测误差作为状态变量，以此构造出新型非奇异快速终端滑模观测器的滑模面函数S(t)；
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S3中，当状态量进入滑动状态时，得即：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S3中，设计出滑模面等效函数Veq和切换控制函数Vsw；
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3中，采用李雅普诺夫函数稳定判据证明其稳
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S4中，采用设计的自适应反电动势滤波器对扩展反电动势进行重构，获得滤波后的反电动势预估值和
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S4中，最后基于锁相环原理提取出所需信息估算出电机转子位置和速度
...【技术特征摘要】
1.基于非奇异滑模观测器的pmsm无传感器矢量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，通过clark坐标变换得到电压状态方程为：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s2中，对三相永磁同步电机输出的三相电流iabc和三相电压的采集uabc，采用clark坐标变换将三相电流iabc变换为两相静止坐标系下的电流iαβ和电压uαβ；将uαβ当成电流观测器的输入，将电流观测状态值iαβ与相比得出电流观测误差，得出电流误差状态方程为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s3中，通过得到的电流观测误差作为状态变量，以此构造出新型非奇异...
【专利技术属性】
技术研发人员：程竹明，杜振龙，贺容波，胡雪峰，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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