[发明专利]基于转速自适应滑模观测器的无传感器电机控制方法

说明书

公开了一种基于转速自适应滑模观测器的无传感器控制方法，滑模观测器根据输入的两相静止坐标系下的电压、电流得到两相静止坐标系下的扩展反电动势，在扩展反电动势等效控制量基础上构造了位置观测器，基于李雅普诺夫稳定性分析，推导出了转速自适应观测律用于速度的反馈，位置观测器的信号经过一个锁相环后输出估计的位置，用于坐标变换。整个过程中没有滤波器的使用，避免了由于采用滤波器带来的相位的滞后和系统的不稳定性。本发明的位置观测器结合转速自适应律，消除了观测量中的抖振信号，提高了转子位置、转速的观测精度，也进一步提高了系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，更具体的说，它涉及基于转速自适应滑模观测器的无传感器电机控制方法。

背景技术

近年来，内置式永磁同步电机因具有结构简单、效率高、功率密度高等优点而获得了广泛应用。内置式永磁同步电机的高性能控制需要转子位置和速度信息的反馈，但机械传感器的安装会增加系统成本、体积，还会降低系统的可靠性。无位置/速度传感器控制通过检测绕组中的电流信号，通过一定的控制算法获得转子位置和速度，成为电机控制系统研究的热点。

目前，根据实现原理的不同，永磁同步电机的无传感器算法可以分为基波模型和凸极模型。凸极模型需要额外激励信号，由于电机转子的凸极效应，在产生的响应信号中含有转子位置信息，主要应用永磁同步电机的低速区域。基波模型是根据电机运行时的电压电流方程，计算或观测含有转子位置信息的量，主要有：开环反电动势法、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波法、滑模观测器法等，主要在永磁同步电机的中高速区域。

但是现有的方法中：开环反电势法依赖电机的模型，出现外界扰动时很容易造成检测结果的错误。模型参考自适应法同样依赖电机的模型，由于电机运行期间定子相电阻和交直轴电感都会发生变化，会使得检测的位置与转速与实际存在一定的偏差。扩展卡尔曼滤波法，能够适应环境自动调节，可以在很大的速度范围内工作，甚至在很低的速度下完成转速和位置估计，但是需要大量的运算，参数的整定也很复杂，限制了其应用。其中滑模观测器对电机参数及外界扰动不敏感，容易实现，动态性能好等优点得到广泛的应用。传统的滑模观测器用符号函数作为切换函数，实际的控制量中存在固有的抖振信号，而采用低通滤波器并不能完全消除高频信号，还会带来相位的延迟。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，解决了位置和转速观测信号中存在抖振问题，提高位置、转速的估计精度和系统的稳定性的基于转速自适应滑模观测器的无传感器电机控制方法。

本发明的技术方案如下：

基于转速自适应滑模观测器的无传感器控制方法，包括滑模观测器，反电势观测器和锁相环，反电势观测器从滑模观测器输出信号中提取出反电势信号中的等效量V_α和V_β，并根据以下公式提取出低频信号：

其中为转子的电角速度的估计值；和为等效量V_α和V_β的导数；

根据公式(1)得到反电势观测器必须满足如下公式：

其中和是V_α和V_β估计值，和为反电势估计值和实际值之间的误差值,l是一个正的常数；和为和的导数；

反电势观测器将和估计值传输给锁相环，锁相环根据从中提取出反动势中的位置信号进行锁相。

进一步的，滑模观测器需满足以下公式：

其中和为两相估计电流，V_α和V_β为两相电压，其中为