[发明专利]基于滑模磁链观测器的永磁同步电机转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种基于滑模磁链观测器的永磁同步电机转矩控制方法，通过3/2坐标变换模块、滑模磁链观测器、电磁转矩计算模块、转速PI调节器、转矩PI调节器、磁链自适应模块、预期电压计算模块、SVPWM模块和逆变器对永磁同步电机进行直接转矩控制。采用滑模磁链观测器模块估算定子磁链的大小和相位以及转子速度，给定转矩经磁链自适应模块得到定子磁链的给定值，定子磁链大小和相位估计值、定子磁链给定值以及转矩PI调节器的输出量经预期电压计算，得到两相静止坐标系上的两相交流电压参考值，再经SVPWM变换，得到开关信号以驱动电压源逆变器，实现对永磁同步电机的直接转矩控制。

主权项

基于滑模磁链观测器的永磁同步电机转矩控制方法，其特征在于：通过3/2坐标变换模块、滑模磁链观测器、电磁转矩计算模块、转速PI调节器、转矩PI调节器、磁链自适应模块、预期电压计算模块、SVPWM模块和逆变器对永磁同步电机进行直接转矩控制，包括如下具体步骤：步骤1)，检测永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic和三相电压ua、ub、uc，经3/2坐标变换后得到两相静止交流坐标下的电流分量iα、iβ和电压分量uα、uβ，然后将所述电流分量iα、iβ和电压分量uα、uβ送至滑模磁链观测器，并将电流分量iα、iβ送至电磁转矩计算模块；步骤2)，根据所述电流分量iα、iβ和电压分量uα、uβ，所述滑模磁链观测器模块估算定子磁链大小估算值和定子磁链相位估算值以及转子速度估算值包括如下具体步骤：步骤2.1)，根据所述电流分量iα、iβ和电压分量uα、uβ，构建滑模观测器得到电机的反电动势eα、eβ；步骤2.2)，根据所述反电动势eα、eβ，通过转子位置计算模块得到转子估算位置步骤2.3)，根据所述转子估算位置通过定子磁链估算模块得到当前定子磁链矢量ψα、ψβ；步骤2.4)，根据所述当前定子磁链矢量ψα、ψβ，通过磁链观测器得到定子磁链大小估算值以及转子速度估算值具体步骤如下：对永磁同步电机的磁链方程求导，可得：dψαdt=Lsdiαdt-ωψβ+ωLsiβdψβdt=Lsdiβdt+ωψα-ωLsiα---(11)]]>其中，Ls为电机的同步电感；ω为电机转子电角速度；根据上式，可构造磁链观测器：dψ^αdt=Lsdi^αdt-ω^ψ^β+ω^Lsi^α-k(i^α-iα)-l(ψ^α-ψα)dψ^βdt=Lsdi^βdt+ω^ψ^α-ω^Lsi^β-k(i^β-iβ)-l(ψ^β-ψβ)dω^dt=(i^α-iα)i^β-(i^β-iβ)i^α+(ψ^α-ψα)ψ^β-(ψ^β-ψβ)ψ^α---(12)]]>其中，l为磁链观测器增益，其值大于零；k为滑模系数；和为估算定子电流的α、β轴分量；当系统达到滑模面时，可得：dψ^αdt=Lsdi^αdt-ω^ψ^β+ω^Lsi^α-l(ψ^α-ψα)dψ^βdt=Lsdi^βdt+ω^ψ^α-ω^Lsi^β-l(ψ^β-ψβ)dω^dt=(ψ^α-ψα)ψ^β-(ψ^β-ψβ)ψ^α---(13)]]>将式(13)与式(11)作差，得到磁链观测器的误差方程为：dψ~αdt=-ω~ψ^β+ω^ψ~β-lψ~αdψ~βdt=-ω~ψ^α+ω^ψ~α-lψ~βdω^dt=ψ~αψ^β-ψ~βψ^α---(14)]]>其中，ω为电机转子电角速度；l为磁链观测器增益，其值大于零；根据式(14)可计算得到定子磁链大小估算值和转子转速估算值步骤2.5)，根据所述定子磁链大小估算值通过磁链位置计算模块得到定子磁链相位估算值步骤3)，将给定转速ω*与所述转子速度估算值作差后，经转速PI调节器后得到给定转矩Te*；步骤4)，根据所述定子磁链大小估算值以及所述电流分量iα、iβ，所述电磁转矩计算模块得到电机实际转矩Te；步骤5)，所述给定转矩Te*经磁链自适应模块得到定子磁链给定值ψsref；步骤6)，将所述给定转矩Te*与所述电机实际转矩Te作差后，经转矩PI调节器后得到输出量△δ；步骤7)，所述输出量△δ、定子磁链给定值ψsref、定子磁链大小估算值以及定子磁链相位估算值经预期电压计算模块，得到两相静止坐标系上的两相交流电压参考值步骤8)，根据定子磁链矢量位置以及所述两相交流电压参考值从开关状态表中选择相应的空间电压矢量后，经所述SVPWM模块输出调制信号到逆变器，通过所述逆变器实现永磁同步电机的直接转矩控制。