[发明专利]水下机器人推进系统无位置传感器控制方法

权利要求书

1.一种水下机器人推进系统无位置传感器控制方法，其特征在于，该方法包含下列步骤：

(1)实时获取永磁同步电机的三相相电压和三相相电流；

(2)将所得三相相电压和三相相电流，经过3/2变换，转变为两相静止坐标系下的定子电压和电流u_α、u_β、i_α、i_β；其中，将永磁同步电机在三相坐标系中数学模型等效为两相静止坐标系中数学模型的变换称为3/2变换；两相静止坐标系是指电机的αβ坐标系；αβ坐标系包括α轴和β轴，α轴指向定子的A相，β轴与α轴垂直；根据永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压方程构建龙伯格观测器；

(3)将两相静止坐标系下的定子电压和电流u_α、u_β、i_α、i_β经过Park变换变换为两相旋转坐标系下的定子电压和电流u_d、u_q、i_d、i_q；其中，将两相静止坐标系中数学模型转换为两相旋转坐标系中的模型的变换称为Park变换；两相旋转坐标系是指电机的dq坐标系；dq坐标系包括d轴和q轴，两轴没有固定方向，但相互垂直；

构建在两相旋转坐标系下永磁同步电机的电压方程：

其中，ω_e为转子电角速度，p为微分算子，R_s为电机定子电阻，ψ_d、ψ_q为两相旋转坐标系下的直轴磁链和交轴磁链；

根据两相静止坐标系到两相旋转坐标系的关系可构建两相旋转坐标系下的反电动势e_d,e_q：

其中，e_α、e_β为两相静止坐标系下的反电动势，θ_e为转子角度；

构建永磁同步电机在两相旋转坐标系下的电流离散模型：

其中，i_d(n+1)和i_q(n+1)是第n+1个控制周期的两相旋转坐标系下的电流，i_d(n)和i_q(n)是第n个控制周期的两相旋转坐标系下的电流，u_d(n)和u_q(n)为第n个控制周期的两相旋转坐标系下的电压，为第n个控制周期的估算转子电角速度；e_d(n)和e_q(n)为第n个控制周期的两相旋转坐标系下的反电动势，T_s是控制的周期，为估算交轴电感，为估算定子电阻，L_d为电机直轴电感；

构建仿射投影算法的输入输出矩阵；

其中，y(n+1)为第n+1个周期的输出矩阵，u(n+1)为第n+1个周期的输入矩阵，为第n+1个周期的观测矩阵；

计算得到估算交轴电感和估算定子电阻

(4)将仿射投影算法计算得到的估算定子电阻和估算交轴电感替换所建立的龙伯格观测器参数中的电机定子电阻R_s和电机定子电感L_s，得到一种自适应龙伯格观测器，输出得到两相静止坐标系下的估算反电动势

(5)由自适应龙伯格观测器得到两相静止坐标系下的估算反电动势

将两相静止坐标系下的估算反电动势作为输入；在锁相环原理中，其结构分为三个部分：鉴相器、压控震荡器和环路滤波器；其中，锁相环中的鉴相器作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出，该电压信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对压控振荡器输出信号的频率实施控制；在永磁同步电机无位置控制中，实际转子位置与估计转子位置间的比较环节相当于鉴相器，从转速到转子位置的一次积分相当于压控振荡器，PI调节相当于环路滤波器；双向无误差型锁相环与传统锁相环相比，体现在鉴相器的不同，也就是位置误差信号不同；双向无误差型锁相环的位置误差信号为：

其中，Δθ为位置误差信号，为第n个周期时两相静止坐标系下的估算反电动势，为第n-1个周期时估算转子角度，为第n个周期时估算转子角度，ψ_f为永磁磁链，为估算转子电角速度；

Δθ位置误差信号通过PI调节器后得到估算转子电角速度再对估算转子电角速度进行积分得到估算转子角度

(6)利用双向无误差型锁相环估算得到的估算转子电角速度和估算转子角度形成转速闭环；两相旋转坐标系下的电流i_d、i_q经电流闭环输出得到两相旋转坐标系下的定子电压u_d、u_q；再将u_d、u_q经过反Park变换得到两相静止坐标系下的定子电压u_α、u_β；其中，将两相旋转坐标系中数学模型转换为两相静止坐标系中的模型的变换称为反Park变换；最终u_α、u_β经过SVPWM调制获得PWM控制信号，通过逆变器实现永磁同步电机无位置传感器控制。