[发明专利]一种基于滑模观测器的直线牵引电机无速度传感器控制方法

说明书

一种基于滑模观测器的直线牵引电机无速度传感器控制方法，包括：考虑动态边端效应对直线牵引电机的影响后，建立直线牵引电机的状态空间模型；在此基础上，建立直线牵引电机的滑模观测器模型，利用波波夫超稳定性理论得到速度估计与励磁电感辨识的算式。本方法可应用于离线仿真、在线实时仿真以及硬件在环仿真系统中，具有易于实现，计算负担小，鲁棒性高的特点，解决了现有直线牵引电机速度估计方法中计算负担重，对励磁电感变化鲁棒性低的技术问题。

技术领域

本发明属于电力牵引交流传动技术领域，涉及一种直线牵引电机无速度传感器控制方法。

背景技术

作为新一代城市轨道交通系统，由直线牵引电机驱动的中低速磁浮列车是满足速度、可靠性、稳定性和环境影响要求的最佳选择。此外，与地铁、轻轨等传统的轨道交通相比，中低速磁悬浮列车具有更优异的性能，如转弯半径小、爬坡能力强、运行噪声小、维护费用低等。在中低速磁浮车运行时，速度需要反馈到控制系统中，而利用传统的机械式传感器检测速度会带来维护不方便、易受环境影响等问题。为提高驱动系统的可靠性，无速度传感器控制技术越来越得到人们的青睐。

与传统的旋转电机相比，由于直线电机的特殊结构，在运行过程中直线牵引电机会产生动态边端效应，电机参数在不同运行工况发生显著变化(尤以励磁电感变化最为剧烈)，增加直线电机速度估计的难度；并且，传统的离线参数辨识不能准确的追踪到电机参数的变化。因此，对于直线电机无速度传感器控制系统中速度估计方法的研究需要进一步深入。

目前针对直线牵引电机无速度传感器控制系统中的速度估计方法主要集中在智能控制技术，如线性神经网络、模糊观测器以及非线性预测控制等等，但是这些方法存在计算负担沉重，调谐参数多和鲁棒性低等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题而提供一种易于实现，计算负担小，鲁棒性高的基于滑模观测器的直线牵引电机无速度传感器控制方法，旨在适用离线仿真、在线实时仿真及硬件在环仿真系统，实现直线牵引电机在牵引工况、负载牵引力突变工况和励磁电感突变工况的仿真，以解决现有直线牵引电机速度估计方法中计算负担重，对励磁电感变化鲁棒性低的技术问题。。

为实现上述发明目的，本发明的具体技术方案为：

直线牵引电机无速度传感器控制方法，利用滑模观测器(sliding modeobserver,SMO)完成直线牵引电机不同工况下的速度估计和励磁电感在线辨识。包括以下步骤：

(1)考虑动态边端效应对直线牵引电机的影响后，建立直线牵引电机的状态空间模型。

考虑直线电机的边端效应后，引入动态边端效应修正因子f(Q)，在静止坐标系下，以初级电流i_s和次级磁链Ψ_r为状态变量、初级电压u_s为输入变量、初级电流i_s为输出变量，并重新定义电机参数和状态重构得到直线牵引电机的状态空间方程：

式(1)中：

R_r′＝R_rf(Q)L′_m＝(1-f(Q))L_m L′_s＝L′_m+L_ls

L′_r＝L′_m+L_lr T′_r＝L′_r/(R′_r+R_r)σ′＝1-L′_m²/L′_sL′_r