[发明专利]一种永磁同步电机无传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种基于自适应模糊滑模观测器的无传感器永磁同步电机控制方法。

背景技术

永磁同步电机由于具有高转矩比、高效率及高功率密度等特点，被广泛应于高性能调速系统中。工程中常常通过安装传感器获得电机转子速度及位置的准确信息，这不仅增大了系统的体积和成本，还降低系统的可靠性。因此，永磁同步电机无传感器控制技术的研究有着极其重要的意义。

近年来，滑模观测器因其具有计算简单、鲁棒性好、容易实现等特点而备受人们欢迎。但是传统的滑模观测器控制系统中抖振较大，同时由于低通滤波器的应用，会产生相位延迟的问题。低速时传统的滑模观测器无传感器控制系统对转子转速估算不精确，所以在某些方面限制了传统滑模观测器在实际控制中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机无传感器控制方法，不仅大大削弱了系统抖振及减少动态响应时间，还提高了对转速及位置信息估计的准确精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种永磁同步电机无传感器控制方法，具体包括以下步骤：

(1)建立基于在αβ坐标系下的自适应模糊滑模观测器数学模型：

(2)根据模糊控制原理，确定自适应模糊滑模观测器的模糊规则，通过模糊控制系统，得到滑模增益K_sw；

(3)利用永磁同步电机反电动势模型，构建反电动势观测器；

(4)反电动势估计值通过转子位置估算模块进而计算出转子位置。

在静止两相坐标系αβ下的数学模型为:

其中i_α、i_β和u_α、u_β分别为αβ坐标系上的定子电流和定子电压；e_α、e_β为αβ坐标系上的反电动势；R和L_s分别为定子电阻和定子电感；Ψ_f为永磁体磁链；ω_r为转子电角速度；θ为转子位置角。

将自适应模糊滑模观测器系统与反电动势观测器相结合，其特征在于：设定输入变量，通过模糊控制系统，采用模糊规则，根据滑模控制系统的滑模到达条件，实现对滑模观测器中的滑模增益进行自适应调整，然后通过反电动势观测器滤出反电动势估计值中的高频分量，最后通过位置估算模块估计出转子位置。

基于滑模变结构，选取滑模面为：

其中，s_α、s_β为定子电流误差，为定子电流的估计值，i_α、i_β为定子电流实际值。

构建基于αβ坐标系下的自适应模糊滑模观测器数学模型：

其中，为定子电流的估计值，F(x)为sigmoid函数，K_sw为滑模增益。

sigmoid函数作为切换函数，可以有效地减小抖振，所述切换函数设计如下：

为了使滑动模态存在且稳定，构造Lyapunov函数为：

V＝s^Ts/2(5)

则自适应模糊滑模观测器的稳定性条件为：

K_sw＞max(|e_α|,|e_β|)(6)

反电动势可表示为：

定义输入输出变量的论域均为{-33}，输入变量的模糊语言为{NB(负大)、NM(负中)、Z(零)、 PM(正中)、PB(正大)}，输出变量的模糊语言值为{NB(负大)、NM(负中)、NS(负小)、Z(零)、 PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)}。

在满足不等式的条件下，设计K_sw。

在一个控制周期内，由于电机的角速度变化比较缓慢，则可以假设为dω_r/dt＝0。

利用永磁同步电机反电动势模型，构建反电动势观测器：

其中，为反电势估计值，为电机电角速度估计值；l为观测器增益，其值远远大于0。

定义Lyapunov函数：

反电动势通过转子位置估算模块进而计算出转子位置；

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：