[发明专利]一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法

权利要求书

1.一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)永磁同步电机数学模型建立

对于表贴式永磁同步电机，在α-β静止坐标系下电压状态方程为：

式中，u_α、u_β分别为定子电压在α-β轴分量；i_α、i_β分别为定子电流在α-β轴分量；p表示微分算子；L_d、L_q分别为电机d-q旋转坐标系下定子电感分量；R为定子电阻；E_α、E_β分别为扩展反电动势在α-β轴上的分量；

(2)自适应滑模观测器设计

将步骤(1)的永磁同步电机定子电压状态方程改写为电流状态方程，构造自适应滑模观测器的观测方程；采用连续、光滑、严格单调的sigmoid阈值函数实现自适应滑模观测器的设计；

(3)反电势自适应估计环节设计

根据永磁同步电机扩展反电势的微分式，设计合适的反电势自适应律；通过调节反电势自适应参数得到光滑的反电势估计值，从而削弱传统滑模观测器引起的系统抖振；

(4)转子位置与转速的锁相环估计方法设计

为了降低电机转子位置角与转速估计误差，将自适应滑模观测器与锁相环结合实现电机转子位置角和转速的估计；通过调节锁相环的控制参数便可准确的估算出电机转子位置和速度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中采用连续、光滑、严格单调的sigmoid阈值函数构建自适应滑模观测器：

将步骤(1)中的电压状态方程改写为电流的形式：

式中，L_s＝L_d＝L_q为d-q轴电感等效值；

采用连续、光滑、严格单调的sigmoid阈值函数代替传统的sgn符号函数，削弱传统滑模观测器引起的系统抖振；因此，构造自适应滑模观测方程为：

式中，为定子电流的观测值，即滑模观测器的输出；为滑模观测器电流观测误差；k是一个负常数，且满足|·|表示取绝对值；为电机反电势估计值；分别为自适应滑模观测器输出的电机转子位置角估计值和转速估计值；ψ_f是永磁体磁链；为电机反电势估计误差；a是一个正常数；

自适应滑模观测方程与电机电流状态方程相减可得永磁同步电机定子电流误差状态方程：

构造滑模面函数为：

当系统进入滑动模态时，可得：

将上式代入电机定子电流误差状态方程可得电机反电势的估计值：

3.根据权利要求1所述的一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中设计一个反电势自适应估计环节估计电机反电势：

对电机的扩展反电势微分可得：

式中，ω_e为电角速度；θ_e为电机转子的位置角；

根据上式，设计电机反电势的自适应律：

式中，λ是一个正常数；

将电机反电势估计误差和电机转速估计误差代入上式可得：

构造Lyapunov函数：

对上式微分可得：

所以，自适应滑模观测器满足Lyapunov稳定性条件；因此通过调节电机反电势自适应参数λ，便可得到稳定的电机反电势估计值。

4.根据权利要求1所述的一种基于自适应滑模观测器无位置传感器永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中采用锁相环技术实现转子位置和转速的估计：

当时，有下式成立：

为了计算方便，令则锁相环鉴相器输出的电机反电势差ΔE为：

因此，电机转子位置和速度检测单元的闭环传递函数和位置估计的误差传递函数分别为：

式中，

锁相环的输入是斜坡信号，则锁相环稳态误差为：

最后，通过调节该锁相环的PI参数k_i、k_p便可准确的估算出电机转子位置和速度信息。