[发明专利]水下机器人推进系统无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种水下机器人推进系统无位置传感器控制方法，本水下机器人推进系统采用了永磁同步电机，包括步骤：(1)根据永磁同步电机在两相静止坐标系下的方程构建龙伯格观测器；(2)根据永磁同步电机在两相旋转坐标系下的方程，利用仿射投影算法计算得到电机的定子电阻和交轴电感，形成自适应龙伯格观测器；(3)根据所述反电动势，利用双向无误差型锁相环方法得到电机转子的位置和速度信息。本发明的控制方法解决了系统无法同时处理电机转子正向和反向转动时所产生的误差信息的问题，降低了龙伯格观测器对参数的依赖性，提高了无位置算法的识别精度。

技术领域

本发明涉及一种水下机器人推进系统无位置传感器控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

随着自动控制、电子计算机和电力电子技术的快速发展，水下机器人应用的越来越广泛。如果想要实现水下机器人在广阔而复杂的海洋环境中长时间安全稳定地进行采油作业，就必须对水下动力推进系统提出较高的性能要求。水下集成电机推进器采用永磁同步电机，永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、机械噪声低、调速性能好等优点，但是永磁同步电机的驱动控制较为复杂，传统的控制方法是基于有位置传感器的，如霍尔传感器，但有位置传感器会有易老化、维修成本高等硬件问题，渐渐地基于无位置传感器算法的永磁同步电机在机器人中的应用越来越广泛。

对于无位置传感器算法，传统的方波控制永磁同步电机存在转矩脉动大，噪音大等问题，所以基于矢量控制的永磁同步电机研究越来越深入，而矢量控制需要无位置传感器算法提供实时精确的位置参数和转速参数。申请号为“201610888438.7”的专利文献公开了一种“永磁同步电机无位置传感器控制方法”，其采用滑模观测器得到估算的反电动势，再通过反正切函数得到转子的位置和速度信息，由于滑模算法存在抖震，所以系统的稳定性较差，误差较大；申请号为“201710117341.0”的专利文献公开了一种“永磁同步电机无位置传感器控制方法”，其采用高频注波的方法来获取转子的速度和位置信息，但该方法存在噪声大，只适用于电机低速运行。

关于转子速度和位置信息的辨识，传统的计算方法都会存在较大不稳定性，同样会降低水下推进系统的稳定性。申请号为“201810066972.9”的专利文献公开了一种“永磁同步电机无位置传感器控制方法”，其采用锁相环辨识转子的位置和速度信息，虽相较反正切函数有一定的改善，但其并没有针对正转反转两种工况进行讨论，该锁相环在电机处于反方向时会有较大的位置误差。

同时，无位置传感器算法依赖于电机模型，而传统的无位置传感器算法中会将一些参数例如电阻电感等设为定值，但是这些参数在电机运行过程中会受到工况等影响而改变，从而降低电机的运行效率，误差过大甚至使电机出现失步，导致整个推进系统失稳；申请号为“201910529606.7”的专利文献公开了一种“永磁同步电机参数辨识和无位置传感器控制方法及系统”，其采用离线参数辨识的方法，通过高频注波辨识电机参数，再将其作为观测器模型的参数，实现无位置控制，虽在一定程度上增加了通用性，但忽略了电机运行过程中会受到工况等影响，电机参数会发生变化而使辨识精度不高。

针对以上存在的问题，本发明提出：选择龙伯格观测器作为无位置控制的算法之一，作为一种线性全阶状态观测器，其基本原理是依托电机数学模型构造观测器模型，根据误差反馈对估算的状态变量进行修正，达到误差收敛，状态重构的目的，进而估算电机的反电动势；结合一种双向无误差型锁相环，解决传统锁相环无法同时处理两个方向的转子位置和速度信息；结合仿射投影算法，形成一种自适应龙伯格观测器，降低了龙伯格观测器对参数的依赖性，提高了无位置算法的识别精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水下机器人推进系统无位置传感器控制方法，应用于水下机器人推进系统领域。本发明解决了两方面的问题：一是用龙伯格观测器结合了仿射投影算法，形成一种自适应龙伯格观测器，降低了龙伯格观测器对参数的依赖性，提高了无位置算法的识别精度；二是用龙伯格观测器结合双向无误差型锁相环，解决了传统锁相环无法同时处理两个方向的转子位置和速度信息。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：