[发明专利]基于扩张状态观测器的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扩张状态观测器的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法，该方法将两相静止坐标系下的电流状态方程中的反电势作为干扰量，不需要通过状态变量的微分和滤波环节就可以实现扰动量的正确估计，根据观测出的反电势，利用锁相环观测器得到电机的转速和转子位置。同时基于观测器参数的选择设计一个随电机转速变化的转子位置误差补偿环节，实现基于ESO的五相容错永磁电机无位置传感器控制。本发明设计的反电势观测器，观测器增益选择方法简单，对电机转速和负载变化具有较好的自适应能力和鲁棒性，避免了滤波器的使用，可以实现五相容错永磁同步电机无位置传感器系统的可靠运行。

技术领域

本发明涉及一种基于扩张状态观测器的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法，适用于永磁电机高精度伺服控制领域。

背景技术

传统的高性能的永磁同步电机的矢量控制通常需要位置传感器来检测转子的位置信号，位置传感器主要有霍尔传感器、光电编码器与旋转变压器等。虽然这些传感器均可以为电机系统提供位置信号，但是位置传感器会增加系统的成本，同时位置传感器的安装会影响电机控制系统的精度，而且位置传感器属于精密的电子元件，其所处环境的温度、湿度和振动均会对位置传感器造成很大的影响，这样就造成了电机系统的可靠性降低。

避免上述问题的最直接的方法就是在电机控制系统中不使用位置传感器，这样就可以克服使用位置传感器带来的一系列的缺点，扩展永磁同步电机系统的运用领域，于是永磁同步电机在无位置传感器控制(Sensorless Control)领域的研究逐渐成为电机控制中一个重要的方向。永磁同步电机的无位置控制方法一般分为两类：一类是适用于低速和零速的高频信号注入法，它利用电机的凸极或者饱和凸极特性，注入旋转或者脉振的高频信号，得到电机静止或者低速运行时的转子位置信号，但是它的运行范围以及动态特性受母线电压的限制。另外一类是利用电机的电磁关系，通过直接计算或者观测器来得到电机的反电势或者磁链，从而得出电机的转子位置信号，这种方法被广泛使用于中高速领域。其中滑模观测器法是被广泛使用的一种方法，然而由于其需要电流的微分信号以及其作用的开关函数会导致估测出的反电势信号会出现抖振问题，需要多级滤波器来进行消除，提高了转子位置观测器的复杂度。

发明内容

本发明针对现有领域技术的不足，提出了一种基于扩张状态观测器的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法，将两相静止坐标系下的反电势作为系统的扰动量，利用扩张状态观测器来观测电机的反电势。该方法无需计算电流的微分信号，避免了电流的噪声对估算结果的影响。同时可以通过合理的参数的选择，可以使得观测出的反电势落后于实际的反电势的一定的相位角，并且设计了随着转速变化的补偿环节，提高了估测位置角的精度，可以实现高性能的无位置传感器控制。

本发明采用的技术方案有以下步骤：

一种基于扩张状态观测器的五相容错永磁电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：

S1，检测五相容错永磁电机的电流i_a,i_b,i_c,i_d,i_e，经过5s/2s(Clark)变换得到两相静止坐标系下的电流i_α和i_β；

S2，开关处于1时，q轴给定电流为一个常数i_qref；

S3，当电机启动，开关处于1时，通过位置角发生器产生给定的转子位置角θ_ref，经过2s/2r(Park)变换得到直轴电流i_d和交轴电流i_q；

S4，直轴电流给定为0，q轴给定电流为i_qref，它们电流反馈值i_d和i_q分别作差，差值分别经过PI控制器得到直轴电压u_d和交轴电压u_q；