[发明专利]一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统及方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，其特征在于，包括滑模控制器模块、滑模观测器模块、电流控制器模块、帕克逆变换模块、帕克变换模块、克拉克变换模块、空间矢量调制模块、三相逆变器模块和控制对象模块；所述的滑模控制器模块速度控制器的输出端和电流控制器模块的交轴电流控制模块的输入端连接；所述的电流控制器模块的直轴电流控制模块和交轴电流控制模块的输出端与帕克逆变换模块的输入端连接；所述的帕克逆变换模块的输出端与空间矢量调制模块的输入端连接；所述的空间矢量调制模块输出端与三相逆变器模块输入端连接；所述的控制对象模块的永磁同步电机的输入端与三相逆变器模块的输出端连接；所述的克拉克变换模块的输入端与三相逆变器模块输出端连接，克拉克变换模块的输出端与滑模观测器模块的输入端连接，克拉克变换模块的输出端与帕克变换模块的输入端连接；所述的帕克变换模块的输出端与电流控制器模块的直轴电流控制模块与交轴电流控制模块的输入端连接；所述的滑模观测器模块的输出端分别与滑模控制器模块速度控制器和帕克变换模块及帕克逆变换模块的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，其特征在于，所述的滑模控制器模块的速度控制器的输入为外界速度给定和来自滑模观测器模块中锁相环模块输出的永磁同步电机转子速度信号；转速误差经过滑模面函数及其趋近律的计算，计算得出的交轴电流给定信号作为速度控制器模块的输出。

3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，其特征在于，所述滑模趋近律为

其中x为系统状态；k＞0,δ＞0,0<λ<1,0<ε<1。

4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，其特征在于，所述的滑模观测器模块包括定子电流误差系统模块、滑模控制律模块和锁相环模块；滑模观测器模块的输入为两相静止坐标系下的永磁同步电机的定子电压和电流，输出两相静止坐标系下的反电动势估算值到锁相环模块，锁相环模块输出永磁同步电机的转子位置和速度估算值。

5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，其特征在于，所述滑模观测器模块的滑模控制律为：

v＝[v_α v_β]^T＝[-K s ats_α-K s ats_β]^T

式中：K为切换增益，且K>max(|e_α|,|e_β|)，sat(s)为幂级数型饱和函数；

定义幂级数型饱和函数：

式中：n为幂级数，δ为边界层。

6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，其特征在于，所述的电流控制器模块包含直轴电流控制模块和交轴电流控制模块；其中直轴电流控制模块的输入是直轴电流给定值0和来自帕克变换模块输出的直轴电流信号；交轴电路控制模块的输入是交轴电流给定和来自帕克变换模块输出的交轴电流信号；直轴电流控制模块和交轴电流控制模块的输出分别是两相旋转坐标系下的永磁同步电机的定子电压给定。

7.一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

电机给定转速n^*与滑模观测器输出的转速估算值作为滑模控制器的输入，经过滑模控制器中滑模面函数的计算，计算结果输入到速度控制模块，速度控制模块输出交轴电流给定值i_q^*；交轴电流给定值i_q^*、直轴电流给定值i_d^*＝0、交轴电流i_q和直轴电流i_d作为电流控制器的输入，电流控制器的交轴电流控制模块利用输入的交轴电流给定值i_q和交轴电流i_q计算出交轴电压给定值u_q^*，直轴电流控制模块利用输入的直轴电流给定值i_d^*＝0和直轴电流i_d计算出直轴电压给定值u_d^*；交轴电压给定值u_q^*和直轴电压给定值u_d^*输入到帕克逆变换模块，经过帕克逆变换得到两相静止坐标系下的两相电压值u_α^*,u_β^*，再经过空间矢量调制模块，获得PWM控制信号；PWM信号和直流母线电压U_dc输入到三相逆变器，三相逆变器输出三相正弦电压到控制对象模块永磁同步电机；在系统闭环反馈部分，通过测量电机的三相静止电压和电流u_a,u_b,u_c,i_a,i_b,i_c，将三相电压和电流u_a,u_b,u_c,i_a,i_b,i_c输入到克拉克变换模块，将其转换为两相静止坐标系下的两相电压和电流u_α,u_β,i_α,i_β；两相电压和电流u_α,u_β,i_α,i_β输入到新型滑模观测器中，经过滑模观测器的估算，为帕克变换及帕克逆变换模块提供转子位置为转速闭环提供转速两相电流i_α,i_β输入到帕克变换模块中，将其转换为交直轴电流i_q,i_d输入到电流控制器。