[发明专利]新型滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机模型预测控制方法

说明书

本发明公开了一种新型滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机模型预测控制方法，属于机电控制领域。通过改进传统滑模观测器，采用TypeⅡ型跟踪环路对滑模观测器估计的两相等效反电动势的角频率和相角信息实现无差跟踪，有效避免了传统方法采用反正切和微分运算求取转子位置和转速时会放大的高频噪声，使转子位置估计更为精准。同时，以改进滑模观测器估计的电机转子位置角为基础，采用有限集模型预测控制策略，无需整定电流内环参数，实现无位置传感器运行，提高了系统可靠性、降低硬件成本。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机的无位置控制方法。适用于轨道交通、航空航天、数控机床、物流运输等电机位置传感器耗费大量成本、无法安装、或可靠性差的情况。

背景技术

永磁同步电机具有效率高、功率密度大等突出优点，在电动汽车、航空航天等系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机通常以位置传感器来实时检测电机转子位置，但是传统机械位置传感器易受温度湿度等环境条件的影响，并且作为系统的一部分使其可靠性降低，所以国内外学者对用无位置控制算法代替传统机械位置传感器来得到电机转子位置角和转速进行了大量研究。

在众多无位置算法中，都是基于矢量控制或直接转矩控制，把其与模型预测控制结合起来的研究尚不多见，本发明考虑到传统滑模观测器直接采用反正切和微分运算求取转子位置和转速时会放大反电动势中的高频干扰，对其进行改进，提出的新型滑模观测器采用TypeⅡ型跟踪环路提取两相等效反电动势的角频率和相角信息，使转子位置估计更为精准，将改进的滑模观测器应用于有限集模型预测控制，避免了传统矢量控制电流内环及参数整定对转子位置角估计精度的影响，实现了电机的无位置运行，促进了模型预测控制在电机控制系统中的实用化。

发明内容

本发明目的是使设计的新型滑模观测器准确、迅速的估计出位置信息，并对高频干扰和直流干扰具有较强抗干扰能力，最终将高精度的位置信息反馈给控制器，以控制电机可靠运行，基于新型滑模观测器的位置估计模块代替位置传感器，从而解决了位置传感器其使用时的成本高、恶劣环境可靠性差、大规模实施难度大等问题。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

新型滑模观测器的无位置传感器永磁同步电机模型预测控制方法，包括以下步骤：

S1，通过转速调节器根据给定的转速ω^*与电机的实际转速ω的差值得到q轴参考电流i_q*，d轴的参考电流i_d*为0；

S2，采集a、b、c三相电流，通过坐标变换得到d轴电流和q轴电流；将k时刻d轴电流i_d(k)，q轴电流i_q(k)和两电平电压源型逆变器7种不同的电压矢量u₀(或u₇)，u₁,…,u₆分别代入预测模型预测得到k+1时刻i_d(k+1)，i_q(k+1)；

S3，由i_d*，i_q*和预测得到的i_d(k+1)，i_q(k+1)计算相应代价函数g；

S4，选择代价函数g中7个值最小者对应的电压矢量作为逆变器的最优输出，考虑到存在两个零矢量，当最优矢量选择为零矢量时，按照开关切换次数最少的原则选取其中一个；

S5，将采集的a、b、c三相电流的转换为电机α，β轴电流，并将α，β轴电流i_α，i_β，以及α，β轴电压u_α，u_β代入新型滑模观测器估计出电机转子位置角θ和转速ω；

S6，重复S1-S5，实现电机的双闭环稳定运行。

进一步，预测模型为：