[发明专利]基于模糊变结构模型参考自适应观测器的永磁同步电机状态估计方法

说明书

本发明公开了基于模糊变结构模型参考自适应观测器的永磁同步电机状态估计方法，根据实时检测到的定子电压和定子电流，构造了一种新型模型参考自适应观测器对转速进行估计。该类新型观测器的特征在于通过对传统模型参考自适应观测器中纯积分器进行改进以及引入定子磁链观测误差的PI校正环节，解决了观测器中纯积分环节所带来的直流偏置和误差积累问题。同时，针对系统不能在较大的速度范围内实现转速检测问题，设计了一种模糊变结构自适应律。本发明的永磁同步电机状态估计方法即使在存在直流偏置和误差积累的情况下仍具有较好的估计性能，提高了对转子位置和速度的动态追踪性能和估计精度。

技术领域

本发明属于永磁同步电机无位置传感器控制领域,尤其涉及一种基于模糊变结构模型参考自适应观测器的永磁同步电机状态估计方法。

背景技术

近几十年来，永磁同步电动机以其体积小、效率高、功率密度大、动态性能好等优点在高性能伺服系统中获得了广泛的应用。对于永磁同步电机的矢量控制而言，获得准确的位置和速度信息十分关键。转子的位置和速度可以通过在转子转轴上安装机械传感器例如光电编码器来检测，但这些传感器不仅增加了成本而且降低了系统的可靠性，同时限制了永磁同步电机的应用范围。因此，研究永磁同步电机无传感器技术具有重要的理论和实用价值。

经过国内外学者多年的研究和总结，无传感器控制主要形成了以下几种被广为认可的方法：利用PMSM基本电磁关系估算位置和转速，这种方法计算简单，动态响应快，然而它对电机参数特别敏感，且电机转速较低时估计不准确，不能用于要求电机正反转的场合；基于观测器的PMSM转子位置和速度估计方法，但是这种方法算法复杂，计算量大，同时某些基于观测器的估计方法需要用到许多随机误差的统计参数，模型复杂，涉及因素较多，使得分析这些参数的工作比较困难；高频注入的方法，通过给电机注入高频电压，并检测其相应的电流来获取转子的位置和转速。该方法虽然可以应用于较宽的速度范围且低速时也可得到较好的估算结果，但是高频信号的注入会带来高频噪声，且需要特殊的硬件电路，只适用于内埋式电机；利用永磁电机凸极效应来估算转子位置和速度的方法。利用检测到的电压和电流值，计算出在这个位置时的电感，并与预先制定的表格中的电感值相比较，进而确定转子位置。由于暂态和低速时不容易准确地测量定子电压，计算得到的电感值也会有偏差。

模型参考自适应法，常利用电机的磁链模型或电流模型计算参考模型与可调模型的差值，通过PI调节器自适应调节电机转速，结构简单，易于实现，可以很好辨识出电机中高速时的电机转子位置和速度，但传统模型参考自适应观测器在磁链观测的纯积分环节带来误差累计和直流偏置问题严重影响了估算精度，这种情况在低速时特别明显。

发明内容

为解决传统模型参考自适应观测器所存在的问题，本发明提出一种能够有效解决传统模型参考自适应观测器中存在的误差累计和直流偏置问题，提高对永磁同步电机转子位置和速度的动态追踪性能和估计精度的估计方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是基于模糊变结构模型参考自适应观测器的永磁同步电机状态估计方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，构造新型模型参考自适应观测器，利用所构造的新型模型参考自适应观测器进行磁链观测，包括：

检测电机的三相绕组电流i_a、i_b、i_c，通过CLARK变换得到定子电流在两相静止坐标系下α、β轴的分量i_α、i_β，根据定子电流在α、β轴的分量i_α、i_β，定子电流估计值在α、β轴的分量以及定子电压在α、β轴的分量u_α、u_β构造一种新型模型参考自适应观测器，利用所构造的新型模型参考自适应观测器进行磁链观测，得到系统误差e；

步骤2，对磁链观测得到的系统误差e经模糊变结构自适应律环节的处理提取出转子位置和速度