[发明专利]基于自适应滑模观测器检测电机转子位置及转速的方法

说明书

本发明提供了一种基于自适应滑模观测器检测电机转子位置及转速的方法，用于检测电机的转子转速及位置，包括如下步骤：步骤1，构造滑模观测器状态空间表达式，得到定子电流误差的切换信号；步骤2，添加滤波器去掉高频噪声，得到定子电流误差的切换信号；步骤3，构建FO‑PLL锁相环，计算出转子位置以及转速；以及步骤4，通过改进的粒子群优化算法辨识更新滑模观测器中的定子电阻和定子电感参数。本发明的基于自适应滑模观测器检测电机转子位置及转速的方法可以即时精确地检测无刷直流电机转子位置及转速。

技术领域

本发明具体涉及一种基于自适应滑模观测器检测电机转子位置及转速的方法。

背景技术

通过位置传感器测量可以简单地控制电机，但是在体积、成本、机壳温度、检测精度等多方面都存在着问题，传感器的大量使用使得电气连接数量增加，给抗干扰设计带来一定困难。即便是最普遍使用的霍尔传感器在温度过高时也无法正常检测，从而也限制其应用范围。

无位置传感器技术正是在上述背景下被提出。其中，可利用滑模观测器来检测电机的转子位置及转速，其基于滑模变结构思想，根据电机模型，将普通控制回路中的误差信号换成变结构方式反馈后进行运算，使得系统通过某一路径或平面高频小幅度的往复切换运动，最终使得误差得以消除，输出所需要的变量值。

传统的滑模观测器在实际的控制系统中，整个切换过程总会存在和出现时间和空间上的滞后，存在大量的高频率估计和系统运行惯性的影响,导致常见的滑模变结构抖振现象,那么估计的和随后的位置估计含有大量的高频抖振,可以直接影响到系统的存在来估计转子位置和速度的影响。再者在传统的滑模观测器中，符号函数sign(x)多数时候被作为观测器的控制函数使用，而它是一个不连续的分段函数，使其产生抖振现象。

传统的滑模观测器未考虑电机参数的变化引起的观测误差。随着电机长时间运行，受到温度环境等许多外部内部等条件的影响，电机参数会发生和出现非理想情况下的种种变化，逐渐地引起估算出的结果精度下降。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于自适应滑模观测器能够即时精准地检测无刷直流电机转子位置及转速的方法。

本发明提供了一种基于自适应滑模观测器检测电机转子位置及转速的方法，用于检测电机的转子转速及位置，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，构造出电机在两相静止αβ坐标系下的滑模观测器状态空间表达式，得到电机的定子电流误差的切换信号，

式中，e_α、e_β为定子电流误差的切换信号，R_s、L_s分别为定子电阻、定子电感，为定子电流估计值，i_α、i_β为两相静止αβ坐标系下的电流值，u_α、u_β为两相静止αβ坐标系下的电压值，A为可自调节的滑模切换增益，sign(x)为表示切换函数的符号函数；步骤2，添加自适应低通滤波器去掉高频噪声，得到光滑的反电势估计信号其表达式为：其中，

式中，ω_c为滤波器截止频率，ω_e为电机辨识转速，j为虚数单位；步骤3，构建FO-PLL锁相环，根据光滑的反电势估计信号来计算转子位置以及转速

式中，k_e、k_p、k_i、r为常数，为估算反电势信号后得到的转子位置，为分数阶锁相环估算出的转子位置，s为拉普拉斯算子；以及步骤4，通过改进的粒子群算法(IPSO)来更新当前定子电阻和定子电感参数R_s,L_s。

在本发明提供的基于自适应滑模观测器检测电机转子位置及转速的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中的切换函数为双曲正切函数，其表达式为:式中，a为参数。