[发明专利]基于滑模观测器的电机驱动系统

摘要

本发明公开了一种基于滑模观测器的电机驱动系统，包括DC/DC变换单元、逆变器、永磁电机、MCU，角生成器以及滑模观测器；所述DC/DC变换单元与电池相连，DC/DC变换单元的输出端连接逆变器，逆变器与永磁电机相连；通过电压传感器分别检测DC/DC变换单元的输入电压Vin和输出电压Vo，通过电流传感器检测逆变器的输出电压ia、ib，通过滑模观测器对永磁电机的转速ωm和转子位置进行观测，通过角生成器在电机启动阶段生成特定角度，以使得电机能顺利启动。本发明提高了系统控制效果。

主权项

一种基于滑模观测器的电机驱动系统，其特征在于，包括：DC/DC变换单元、逆变器、永磁电机、MCU，角生成器以及滑模观测器；所述DC/DC变换单元与电池相连，DC/DC变换单元的输出端连接逆变器，逆变器与永磁电机相连；通过电压传感器分别检测DC/DC变换单元的输入电压Vin和输出电压Vo，通过电流传感器检测逆变器的输出电压ia、ib，通过滑模观测器对永磁电机的转速ωm和转子位置进行观测，通过角生成器在电机启动阶段生成特定角度，以使得电机能顺利启动；驱动系统采用转速外环、电流内环的双闭环结构，它包括Cark变换模块、Park变换模块、滑模观测器、角生成器、分数阶PID调节器、电流调节器、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块和逆变器；滑模观测器通过开关S2与过渡器相连，角生成器也与过渡器相连，过渡器输出转子位置θ和实际转速ωm；转子位置θ发送给Park逆变换模块的转子位置数据输入端；转速ωm发送至第一比较器的反向输入端，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连，转速给定信号可以由油门踏板给出；第一比较器的输出端与分数阶PID调节器的输入端连接；分数阶PID调节器的输出端连接第二比较器的正向输入端，第二比较器的反向输入端与Park变换模块的q轴电流输出端相连；采用d轴电流恒零控制，即d轴电流给定值恒为零，这一给定值与第三比较器的正向输入端相连，第三比较器的反向输入端与Park变换模块的d轴电流输出端相连；第二比较器和第三比较器的输出端与电流调节器相连，电流调节器的输出端通过Park逆变换模块与脉冲宽度调制模块相连，脉冲宽度调制模块输出调制信号至逆变器，逆变器接收DC/DC变换单元的输出电压Vo；通过电流传感器采集逆变器输出的其中两相ia、ib，ia、ib经过Clark变换和Park变换，得到永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq；第一比较器将转速给定值与实际转速ωm进行比较，偏差信号经过分数阶PID调节器调节，分数阶PID调节器的输出值作为q轴的电流给定值d轴电流给定值第二比较器对iq与进行比较，第三比较器对id与进行比较，第二比较器和第三比较器的比较结果送入电流调节器，通过电流调节器调节后得到dq轴坐标系下的q轴电压给定值和d轴电压给定值Park逆变换模块对和进行Park逆变换后，依次输出给脉冲宽度调制模块和逆变器，从而得到永磁同步电机的三相输入电压，驱动永磁同步电机运行；所述DC/DC变换单元包括电感L、串联连接的晶体管Q1与Q2，晶体管Q1与Q2分别反并联有二极管D1与D2；电感L一端经由开关SR1连接到电池的正极，另一端连接到晶体管Q1与晶体管Q2之间的中间点；电容C1的一端连接于开关SR1与电感L之间，另一端接电池负极，电容器C1对电池电压进行平滑；晶体管Q1与Q2串联后与电容C2并联，电容C2作为DC/DC变换单元的输出电容，逆变器连接于电容C2的两端；电压传感器V1检测电池的电压Vin，并将检测得到的电压Vin提供给MCU；MCU控制开关SR1的开/闭；MCU以PWM的方式分别向晶体管Q1与Q2提供触发信号G11、G12；电压传感器V2检测DC/DC变换单元的输出电压Vo，并将检测得到的电压Vo提供给MCU；DC/DC变换单元对来自电容器C1的电压进行升压，并将升压后的电压提供给电容器C2；电容器C2对输出电压进行平滑，并将平滑后的电压提供给逆变器；MCU将电压Vo与设定值Vdc相比较，根据二者的差值调节G11、G12的占空比，从而使得Vo＝Vdc。