【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電機控制，尤其涉及一種改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統。
技術介紹
1、永磁同步電機因其結構簡單、重量輕、體積小、運行耐用可靠、功率因數高以及轉矩/重量比高等優點，被廣泛應用于高精確度數控機器、電動汽車、機器人制造等對控制準確度和可靠性要求高的領域。這些特點使其具備散熱容易、維護方便等顯著優勢。近年來，隨著稀土材料價格的降低、電力電子器件和專用電機控制芯片的更新換代，以及永磁同步電機控制領域的持續創新，永磁同步電機調速系統在越來越多的領域獲得了廣泛認可和應用。
2、轉速和電流雙閉環矢量控制策略已成為近年來永磁同步電機高性能調速系統領域的研究和應用熱點。其核心思想是通過矢量變換將三相定子電流轉換到旋轉坐標系下，解耦為轉矩分量電流和勵磁分量電流，并直接控制這兩個電流，從而實現對電機轉矩的直接控制。這種方法使得交流電動機的調速性能接近他勵直流電機，帶來了與直流電機媲美的轉矩響應、速度控制精度和調速范圍。為了實現轉速和電流雙閉環矢量控制，準確實時地獲取電機轉速及轉子位置信息是必要的。
3、在傳統的永磁同步電機調速系統中，通常在轉子軸上安裝測速發電機、光電編碼器等機械式傳感器來檢測轉速和轉子位置。然而，這種方法會帶來一系列問題：系統成本增加，電機與控制器之間的電路更容易受到干擾，降低系統可靠性，傳感器的使用對安裝位置、環境溫度和濕度等要求嚴格，從而限制了永磁同步電機調速系統的推廣和應用。為了解決這些問題，可以將無位置傳感器應用到矢量控制策略中。該方法摒棄了傳統的機械傳感器，通過檢測電機的三相
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提出改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其中方法具比傳統滑模觀測器有更好的觀測精度，更小的抖動。
2、為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案實現：
3、本專利技術所述的改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，包括以下步驟：
4、(1)通過改進的滑模觀測器并結合設計的自適應率，進行反電動勢的估計；
5、(2)通過鎖相環將得到的反電動勢計算出轉子的位置信息和轉速信息。
6、進一步的，所述步驟(1)包括以下步驟：
7、建立電機的數學模型：
8、永磁同步電機是一個高度耦合且復雜的非線性系統。針對不同的控制算法，通常會采用不同的數學模型。根據永磁體在轉子位置的差異，目前的永磁同步電機可分為兩類：一種是將永磁體安裝在轉子的外表面上，這樣電機的d軸和q軸電感相等，這種結構簡單且制造成本較低，被稱為表面貼裝式永磁同步電機；另一種是將永磁體嵌入轉子內部，從而使電機的d軸和q軸電感不相等，這種結構具有更高的功率密度和動態性能，被稱為內置式永磁同步電機。
9、為了簡化分析，假設永磁同步電機為理想電機，將自然坐標系下的表貼式永磁同步電機三相電壓方程通過clark變換，變換到滑模觀測器常用的靜止坐標系
10、α-β下，可得：
11、
12、為了便于設計滑模觀測器，可以將方程改寫為公式如下的形式：
13、dis/dt＝ais+bvs+kees
14、其中：is＝[iαiβ]t；
15、es＝[esαesβ]t＝[-ψfωesinθeψfωecosθe]t為定子的反電動勢，ψf、ωe、θe分別為永磁體磁鏈、電機電角速度、電角度；vs＝[vαvβ]t；
16、建立滑模觀測器：
17、首先定義滑模面函數構建滑模觀測方程：
18、
19、其中：為各自對應變量的估計值，k為滑模增益且為負常數，tanh(s)為雙曲正切函數；
20、為驗證構建的滑模觀測器是否收斂，取lyapunov函數
21、當觀測器收斂，即
22、可推得：
23、值得一提的是，滑模增益k的選擇可以通過在simulink中搭建包含位置傳感器的pmsm控制模型來實現。通過使用真實的反饋值，可以確定合適的k值。這樣的方法能夠確保滑模觀測器的收斂性和穩定性；
24、
25、系統進入滑模面后，觀測值將在滑模面上小范圍抖動，因此可以認為觀測值等于實際值，即可得：
26、
27、可知，取得的反電動勢值為一個高頻切換信號；
28、建立自適應率：
29、在pmsm中電氣時間常數很小，可以認為在一個周期轉速不變，即dw/dt＝0。對es微分可得：
30、
31、建立轉子位置和轉速估算的自適應率：
32、
33、選取lyapunov函數，可推得：
34、
35、將公式帶入選取的lyapunov函數中，可得：
36、
37、通過公式可以得出，只要f取正常數時即設計的自適應率是穩定的。
38、進一步的，所述步驟(2)實現過程如下：
39、由于滑模控制在滑動模態下伴隨著高頻抖振現象，如果將這種帶有高頻抖振的反電動勢引入到反正切函數的轉子位置估算方法中，將會導致高頻抖振誤差被放大，進而造成較大的角度誤差。本文采用鎖相環來計算反電動勢中的電機的位置和速度信息；
40、
41、如果可以認為那么估計的電角度可以表示為：
42、
43、通過公式(11)可以得出θe到的傳遞函數。
44、
45、對比二階系統的標準傳遞函數可知：
46、
47、進一步的，基于上述的專利技術構思，本文提出了一種改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，包括：速度環pi控制器、q軸電流環pi控制器、反park變換模塊、svpwm模塊、逆變電路、電流電壓檢測電路、永磁同步電機、自適應滑模觀測器模塊、鎖相環模塊、d軸電流環pi控制器；
48、永磁同步電機啟動后，通過檢測電路獲取轉子的電壓和電流，并通過clark變換將電壓電流信息從自由坐標系轉換到α-β坐標系；
49、自適應滑模觀測器根據轉換后的電壓電流信息計算得到包含轉子轉速和位置信息的反電動勢，最后通過鎖相環提取反電動勢中的轉子轉速和位置信息。
50、本專利技術的有益效果如下：
51、本專利技術提出的一種改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，通過改寫傳統滑模觀測器的控制方程，結合設計的自適應速率，取代低通濾波器，從而提高反電動勢的估計精度。此外，使用雙曲正切函數替代符號函數，以減輕滑模觀測器的抖動問題，并用鎖相環技術代替反正切函數，以減少估計誤差和相位延遲。最后，在matlab/simulink中搭建了基于本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1中的改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，所述步驟(1)包括以下步驟：
3.根據權利要求1改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，所述步驟(2)包括以下步驟：
4.一種采用權利要求1-3所述方法的改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，包括：速度環PI控制器、q軸電流環PI控制器、反Park變換模塊、SVPWM模塊、逆變電路、電流電壓檢測電路、永磁同步電機、自適應滑模觀測器模塊、鎖相環模塊、d軸電流環PI控制器；
【技術特征摘要】
1.一種改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1中的改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，所述步驟(1)包括以下步驟：
3.根據權利要求1改進滑模觀測器的永磁同步電機控制方法和系統，其特征在于，所述步驟(2)...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張宏，石澳浦，孟鳳娟，李凱璇，柏祎健，
申請(專利權)人：江蘇理工學院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。