[发明专利]基于自适应滑模观测器的无刷直流电机电磁转矩观测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机的电磁转矩观测方法，属于永磁电机控制领域。

背景技术

理想的无刷直流电机反电势波形为梯形波，以120°导通方式控制，通以方波电流时可产生恒定转矩。但由于电机设计或制造的原因，实际的无刷直流电机反电势波形不是理想的梯形波，更不是正弦波，当通以方波电流时会产生低频转矩脉动。为减小无刷直流电机的转矩脉动，目前广泛采用对无刷直流电机的电磁转矩进行闭环控制的方法，这就需要实时计算其电磁转矩。

无刷直流电机的电磁转矩计算公式为：

Te=p(eaia+ebib+ecic)ωe---(1)]]>

式中，e_a、e_b、e_c、i_a、i_b、i_c分别为电机a、b、c三相的反电势与相电流；ω_e为电角速度；p为极对数，其中电机三相电流通过电流传感器测得，角速度通过位置传感器测得，这些都是可直接测量和计算得到的量，如何获取反电势值则成为电磁转矩计算的关键。

目前常用的方法有以下两种：离线测量或在线观测。其中离线测量利用无刷直流电机反电势与转速成正比的特性，电动控制前先在一定转速下空载发电运行，测量得到的每相电压即为反电势，之后建立与转子位置对应的查找表，电动运行时根据转子位置与转速计算得到反电势值，这种方法增加了额外的操作步骤，不利于大规模工业应用。在线观测基于观测器理论，在电动运行时检测无刷直流电机的相电流、相电压等易测量，根据一定的算法推算出电机的反电势，然而对于120°导通、反电势含奇数次高次谐波的无刷直流电机，其反电势观测方法不能照搬正弦波永磁电机的反电势观测方法。

英国学者Z.Z.Q等2006年在《IEEE Transactions on Industry Applications》(IEEE工业应用汇刊)(第1275-1283页)发表的文章“Instantaneous Torque Estimation inSensorless Direct-Torque-Controlled Brushless DC Motors”(无位置传感器直接转矩控制的无刷直流电机瞬时转矩估计)中公开了一种使用滑模观测器对反电势进行观测，进而通过计算得到无刷直流电机电磁转矩的方法。该方法在aβ坐标系下建立无刷直流电机的电磁转矩表达式：