[实用新型]基于滑模观测器的电机驱动系统

说明书

技术领域

总的而言本实用新型涉及电机，特别涉及一种基于滑模观测器的电机驱动系统。

背景技术

电动车辆，例如电动汽车，越来越受到人们的青睐。目前电动汽车的驱动一般采用蓄电池+永磁电机的模式，控制系统采用开环/闭环控制。对于开环控制而言，车辆(车速)不能精确的跟随给定，已逐步淘汰。在闭环控制中，当前一般采用速度闭环控制方式，其采用传统的PID调节器对给定速度与实际速度的偏差进行调节，根据调整结果控制逆变器的输出。这种控制方式，系统响应速度慢，调整过程中易出现超调，实际速度围绕设定值长时间振动，这样就造成在车辆提速过程中驾驶者感觉车速不稳定。机械位置传感器能实现转子位置的高精度检测，但通常价格高昂，易受环境条件限制，而且存在增加电机转子转动惯量、增大系统体积及系统可靠性降低等缺点。除此之外，目前电动车辆一般采用斩波升压(boost)的方式对蓄电池的输出电压进行升压，这种方式开关管损耗大，功率因数低。

实用新型内容

针对现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种基于滑模观测器的电机驱动系统。

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；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与Park逆变换模块的转子位置数据输入端连接；转速ωm与第一比较器的反向输入端相连，第一比较器的正向输入端与转速给定信号相连，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；d轴电流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。

可选的，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。

本实用新型的有益效果是：采用转速外环、电流内环的双闭环控制结构，转速可以快速跟随给定，提高了系统响应速度；通过采用分数阶PID使得系统具有了更大的调节范围，获得了比传统PID更好的控制品质及更强的鲁棒性；利用滑模观测器对电机转子位置角进行观测，利用角生成器进行电机启动，从而取代了传统的机械位置传感器，降低了系统成本，提高了可靠性。

附图说明

图1为本实用新型系统整体结构示意图；

图2为本实用新型驱动系统的结构示意图；

图3为滑模观测器的结构示意图；

图4为饱和函数曲线图；

图5为DC/DC变换单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明，使本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。