[发明专利]基于级联非奇异终端滑模观测器的无速度传感器转矩控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于级联非奇异终端滑模观测器的无速度传感器转矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在dq坐标系以定子电流为状态变量建立永磁同步电机数学模型

式中，x＝[i_d i_q]^T，u＝[u_d u_q]^T，L_d、L_q分别为d、q轴的电感，u_d、u_q分别为d、q轴的电压，i_d、i_q分别d、q轴的电流，ψ_r为转子永磁体磁链，ω_e为转子电角速度，R_s为定子电阻；

步骤2，在dq坐标系中以定子电流为状态变量，设计自适应非奇异终端滑模观测器来实现永磁同步牵引电机转子电角速度ω_e、转子位置θ_e及定子电阻R_s的观测；

式中，v＝[v_d v_q]^T为观测器的控制输入量，分别为d、q轴电流的观测值，为定子电阻的观测值，为转子电角速度观测值；

其中，所述步骤2的具体过程为：

步骤2.1，定义电流观测偏差为选取非奇异终端滑模面为式中，l∈R²，s＝[s₁ s₂]^T＝e，β＝diag(β₁,β₂)，β₁、β₂为大于0的常数，p、q为奇数且1p/q2；

步骤2.2，设计观测器的控制输入量为式

设计定子电阻参数自适应律为

设计转子电角速度自适应律为

式中，k0，η0，μ0为设计参数，sgn(l)＝[sgn(l₁),sgn(l₂)]^T，k_R、k_ω为待调节的参数；

步骤2.3，当设计的自适应非奇异终端滑模观测器全局范围渐进稳定时，定子电阻的观测值转子电角速度观测值

步骤2.4，根据转子电角速度观测值来计算转子位置观测值

步骤3，根据有效磁链的定义ψ_ext＝ψ_r+(L_d-L_q)i_d，在αβ坐标系中建立基于有效磁链的永磁同步电机数学模型

式中，x'＝[i_α i_β]^T，u'＝[u_α u_β]^T，d＝[ψ_ext,α ψ_ext,β]^T，C＝I，u_α、u_β分别为αβ坐标系定子电压分量，i_α、i_β分别为αβ坐标系定子电流分量；

步骤4，在αβ坐标系中设计有效磁链非奇异终端滑模观测器来实现有效磁链观测值的观测；

式中，ζ＝[ξ_d ξ_q]^T为观测器的控制输入量；

其中，所述步骤4的具体过程为：

步骤4.1，将自适应滑模观测器观测出的转子电角速度观测值和定子电阻的观测值输入到有效磁链滑模观测器中，形成级联非奇异终端滑模观测器；

步骤4.2，当设计的有效磁链滑模观测器全局范围渐进稳定时，Ed＝ζ；

步骤4.3，根据电流观测值来计算有效磁链观测值d＝E^-1ζ；

步骤5，根据级联滑模观测器输出的电流观测值和有效磁链来估算电机反馈转矩信号

步骤6，将估算的电机反馈转矩信号与给定转矩形成转矩闭环，从而实现永磁同步牵引电机转矩的精确控制。