[发明专利]一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机转子位置检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制的技术领域，具体涉及一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机转子位置检测装置及方法。

背景技术

永磁同步电机利用永磁体提供励磁，相比于电励磁电机减少了励磁系统的损耗，电机的效率及功率密度都得到极大的提高。同时，其克服了直流电机电刷和换向器带来的不利因素，应用范围从最初的军事工业，向航空航天、工业自动化等领域迅速发展。

永磁同步电机由于驱动系统的需求，通常都会加入机械传感器来获得转子位置信息，如霍尔传感器、光电编码器等。性能较好的机械传感器虽然检测转子位置的精度很高，但是同时也会存在一些问题，如导致电机体积增大，加工装配成本增加，降低电机运行的可靠性，甚至限制电机在很多特殊场合的应用，不利于其进一步推广。因此，永磁同步电机的无传感器控制策略研究成为了目前的研究热点问题。无传感器控制主要包括零低速控制和中高速控制两个主要研究方面。其中，中高速控制通常采用基波励磁估计法，通过建立永磁同步电机的电压模型或磁链模型等动态模型，来对转子的位置进行估计，此类方法不受凸极效应的影响，算法简单易于实现，是目前使用最广泛的一类方法。

基波励磁估测方法主要包括假定旋转坐标系法、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波器法、磁链观测器法和滑模观测器法等。其中，大部分方法依赖于模型建立和参数选择的准确性，或存在计算量过大的问题，但滑模观测器具有不受外部干扰和内部参数变化影响的特点，鲁棒性强，响应速度快，因此得到了广泛的应用。然而，滑模观测器存在固有的抖振现象，一般使用低通滤波器对反电势信号做进一步处理，但低通滤波器会使估计的位置信号产生相位滞后，影响检测精度。同时，考虑实际运行中气隙磁场畸变和逆变器非线性会产生谐波，使得反电势波形不理想，位置信号中存在波动。因此，需要设计一种新型滑模观测器来克服以上困难，提高转子位置的检测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是克服现有滑模观测器中利用低通滤波器处理反电势信号时引起的相位滞后问题，并考虑谐波引起的反电势畸变问题，提出一种基于二阶广义积分方法的滑模观测器，在代替低通滤波器作用的同时，对反电势中的谐波成分进行抑制，从而得到更准确的转子位置信息。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：基于改进滑模观测器的永磁同步电机转子位置检测装置，包括反电势估计部分，二阶广义积分滤波部分以及归一化正交锁相环，所述反电势估计部分设置四个输入端，分别为两相静止坐标系下的α轴电压u_α、β轴电压u_β、α轴电流i_α和β轴电流i_β，设置两个输出端分别为α轴的反电势等效值以及β轴的反电势等效值所述二阶广义积分滤波部分设置两个输入端为α轴的反电势等效值及β轴的反电势等效值分别与所述反电势估计部分输出端的反电势等效值及反电势等效值相连，并设置两个输出端分别为α轴的反电势估计值以及β轴的反电势估计值所述二阶广义积分滤波部分输出的α轴的反电势估计值与所述归一化正交锁相环的第一个α轴反电势估计值输入和第二个α轴反电势估计值输入相连，所述二阶广义积分滤波部分输出的β轴的反电势估计值与所述归一化正交锁相环的第一个β轴的反电势估计值输入和第二个β轴的反电势估计值输入相连，所述归一化正交锁相环设置两个输出端，分别为转子位置估计值和转子速度估计值

进一步地，所述的反电势估计部分的包括电流观测器部分、sigmoid函数部分、增益部分和减法器部分；

反电势估计部分设置的四路输入分别为α轴电压u_α和β轴电压u_β、α轴电流i_α和β轴电流i_β，其中，电流观测器部分设置两相静止坐标系下的α轴电压u_α输入和β轴电压u_β输入，设置α轴估计电流输出和β轴估计电流输出，电流观测器部分的输出分别作为两个减法器的输入，同时减法器的输入还包括α轴电流i_α和β轴电流i_β，α轴电流i_α与α轴估计电流的差值作为第一个减法器的输出，β轴电流i_β与β轴估计电流的差值作为第二个减法器的输出，两个减法器输出的电流差值经过sigmoid函数部分以及增益部分处理，得到两路输出信号为α轴的反电势等效值以及β轴的反电势等效值即得到反电势估计部分的输出也为α轴的反电势等效值以及β轴的反电势等效值