[发明专利]基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制方法及系统

说明书

本发明公开了基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制方法及系统，属于永磁同步电机控制领域。本发明永磁同步电机的α‑β坐标系下的电流和电压，结合总扰动值得到永磁同步电机的反电动势的估计值e_α和e_β；根据永磁同步电机的反电动势的估计值e_α和e_β，得到永磁同步电机的转子位置角和速度；本发明对负载和外界扰动进行观测和补偿，提高了电机调速系统的抗干扰能力，并且引入自适应律进一步提高转子位置观测的精度。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，特别是涉及基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制方法及系统。

背景技术

永磁同步电机因其具有一定的优点，在工业中得到了广泛的应用。要提高永磁同步电机调速系统的鲁棒性能，通常从速度传感器进行改善。传统矢量控制系统的转速和位置信息通常通过机械传感器获取。该方法存在成本高、可靠性差和安装缺陷等问题。因此，无位置传感器永磁同步电机控制算法的研究成为研究热点。

目前，常用的无传感器控制算法主要有：反电势法、模型参考自适应法、状态观测器法以及智能控制策略等。常用的状态观测器有龙伯格观测器、卡尔曼滤波器滑模观测器等。由于内部采用的算法不同，各观测器在算法复杂度和对参数变化敏感度上存在差异。滑模观测器凭借其具有的物理实现简单、鲁棒性好和动态响应快等优点备受关注，但是滑模观测器的观测结果容易受到滑模抖振的干扰，使得观测结果出现误差，严重会引起系统抖振。因此为了获得更好的控制效果，优化滑模观测器具有重大意义。目前的改进策略有扩展滑模观测器，该方法能够实现直接观测电机的反电动势，避免了从开关幻术提取反电动势引起的系统抖振问题，但是该方法使得观测器结构变得极为复杂；高阶滑模观测器，该方法可以实现电机转子位置和速度估计，但是该方法设计相当复杂，工程应用比较难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制方法及系统，避免了传统滑模观测器引起的系统抖振，影响观测器的精度问题，综合考虑电机运行过程中参数变化、负载扰动等内外界因素影响，提高了控制系统性能。

本发明提供了基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制方法，包括如下步骤：

永磁同步电机的α-β坐标系下的电流和电压，结合总扰动值得到永磁同步电机的反电动势的估计值e_α和e_β；

根据所述永磁同步电机的反电动势的估计值e_α和e_β，得到永磁同步电机的转子位置角θ_r和速度n；

所述速度n与速度给定值经PI调节后的值作为q轴电流的给定值所述q轴电流的给定值输入电流环PI调节模块中；

转子位置角θ_r经坐标变换得到d-q坐标系下的电流i_d和i_q，所述电流i_d和i_q分别与d-q坐标系下的电流给定值和做差后分别经PI调节和SVPWM算法得到驱动信号。

进一步的，所述反电动势的估计值e_α和e_β的获取方式包括：

其中，K为非线性观测器的增益，且满足

进一步的，所述永磁同步电机的转子位置角θ_r和速度n的获取方法包括：

设定反电动势自适应律；

利用反电动势和所述反电动势自适应律建立滑模面构造自适应反电动势滑模观测器的观测器，进而得到永磁同步电机的转子速度和转子位置角。

本发明提供了基于非线性干扰观测器的永磁同步电机的无传感器控制系统，包括：