[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

说明书

技术领域

本发明属于电机控制领域，特别涉及一种用于永磁同步电机无传感器控制系统。

背景技术

随着稀土永磁材料钕铁硼的出现，永磁同步电机在高速发展的电力电子技术、电机控制技术等的支撑下，已经在生产生活中获得广泛应用。永磁同步电机矢量控制系统中电机的转子位置和速度是由传感器获得，而机械传感器的安装则会导致成本大大增加，同时增加电机的占用面积，使用场合受限。因此，无传感器控制技术具有重要的实用价值和现实意义。

在此之前，已经有专家学者对于无传感器控制技术进行了大量的研究，也提出了诸多控制方法。滑模观测器法由于其具有响应速度快，易于实现等优点被广泛研究和应用，但是滑模抖振的存在会影响控制系统性能，甚至可能破坏系统稳定性，损坏控制器。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统及方法，该系统减小电机的占用面积，降低电机运行成本，且有效减小系统抖振，提高系统控制性能，实现永磁同步电机无传感器控制。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统，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。

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。

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。

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。

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。

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。

一种永磁同步电机无传感器滑模控制系统的控制方法，包括以下步骤：