[发明专利]一种用于永磁同步电机滑模观测装置的优化算法

说明书

本发明针对现在永磁同步电机需要在机械轴上安装机械传感器所带来的成本高，稳定性差等问题，采用滑模控制器的来获取电机的反电势波形再通过对反电势做运算来估计转子的位置和速度。控制函数部分运用连续函数、滤波部分运用分数阶锁相环、转速部分利用转速转换器，使得系统的抖振更小、稳定时间更快、转角的延迟更小，转速的过渡更平滑，有利于提高系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，具体地说，特别涉及到一种用于永磁同步 电机滑模观测装置的优化算法。

背景技术

目前永磁同步电动机运用广泛，其电机的传动系统在一般情况下需要在电 动机转子轴上安装机械传感器,以测量电动机的转子速度和位置。这些机械传感 器常是编码器、解算器和测速发电机。机械传感器提供电动机所需的转子信号, 但也给传动系统带来一系列问题。首先，机械传感器增加了电动机转轴上的转 动惯量，加大了电动机的空间尺寸和体积；其次，受机械传感器使用条件如温 度、湿度和振动的限制,传动系统不能广泛适应于各种场合；最后，机械传感器 成本高昂，增加工程的成本。

另外，现有的基于无传感器的电机控制技术有利用定子端电压和电流直接 计算转子速度和位置。常见的优化方法有模型参考自适应方法，低速时的高频 注入法，人工智能理论基础上的估算方法等。上述各种方法存在以下缺陷：

1)滑模观测器一般采取传统开关函数导致电机控制系统会出现比较明显的 抖振。

2)为了得到电机的转角和转速，传统滑模观测器通过对反电势进行低通过 滤，过滤掉高频杂波然后通过运算分别得到电机的转角和转速，但是会加大硬 件负担，带来延时。不同速度的补偿角度不同，而截止频率通常是定值，不能 很好的补偿。

3)在转速的突然变化，会加剧PI调节的振荡、延长系统稳定的时间。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种用于永磁同步电机滑 模观测装置的优化算法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种用于永磁同步电机滑模观测装置的优化算法，其特征在于，包括如下 步骤：

1)采用饱和函数来降低高频时带来振动和抖动，饱和函数的表达式为：

x代表其表示永磁电机电流的估计值和实际值之差；

2)取消低通滤波器，采用分数阶锁相环解决低通滤波器带来的延时和反电 势幅值偏小的问题；具体原理如下：

在α轴和β轴的估计反电势和经过与估计转角余弦和正弦的相乘后通过PI 调节得到电机的估计转速，对电机的估计转速做积分估算出电机的位置θ；

可调节系数r的取值范围为(0,1]，r的值越小，相位延迟更小；

3)让转速先通过转速转化器，让转速平稳过渡，将此时的输出转速作为PI 调节器的输入转速，以解决转速突变会带来PI调节器的调节时间加大，系统不 易稳定问题；在Matlab中，转速指令往往用阶跃表示，使用了转速转化器后， 转速非线性逐步加快；转化器公式如下：

ε₀＝n₁-n^*其中n₁代表转换后的转速，n^*代表输入的标准转速，ε₀代表误差 n₁＝∫-Afcn(ε₀,β₀,δ)dt其中：当|ε|＞δ时，fcn(ε,β,δ)＝|ε|^αsign(s)；当|ε|≤δ时， fcn(ε,β,δ)＝ε/δ^1-α，参数α是调整系数；δ是边界值；