[发明专利]一种无位置传感器的电机控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种无位置传感器的电机控制方法及系统，所述方法包括：检测电机的三相电流，经过坐标变换得到α,β轴的电流和电压；计算α,β轴的反电动势；根据α,β轴的反电动势，基于电机估计转速方程计算电机转速的估计值；对电机转速的估计值进行积分得到电机转角的估计值；将设定的电机转速与电机转速的估计值相减得到转速偏差，将设定的电机转角与电机转角的估计值相减得到转角偏差，通过PID控制实现对电机的转速和转角的控制。本发明的无位置传感器的电机控制方法，能够在没有位置传感器的情况下实现电机速度和位置的控制。

技术领域

本发明涉及机电控制领域，具体涉及一种无位置传感器的电机控制方法及系统。

背景技术

电机在航空领域的应用包括：

1)卫星上天线展开机构、位姿控制系统；

2)飞船上空调系统、仪表随动系统、机械臂系统；

3)月球车上的驱动系统、展开机构；

4)各种生命保障系统、转化泵系统、冷却系统、推进系统、布署/回收系统、空间机器人系统等等。

航天领域常用电机转动机构组合形式包括：步进电机和机械式传感器，同步电机和机械式传感器；其中电机提供转动力矩，机械式传感器提供位置信号。

而机械式位置传感器存在以下问题：

1)加大了电机空间尺寸和重量，增加电机转子轴上的转动惯量，某些高精度传感器的重量甚至超过电机本身。

2)增加了电机与控制系统之间的连接线和接口电路，增加了控制电路的复杂度，降低了可靠性。

3)受机械传感器使用条件如温度、湿度和振动的限制，调速系统不能广泛适应各种场合。

4)机械传感器及其辅助电路增加了调速系统的成本，某些高精度传感器的价格甚至可与电机本身价格相比。

无刷直流电机的控制往往需要在电机轴上安装位置传感器。由此带来体积和重量的增加。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种无需位置传感器的电机控制方法，可以实现无位置传感器的电机控制。

为实现上述目的，本发明提出了一种无位置传感器的电机控制方法，所述方法包括：

检测电机的三相电流，经过坐标变换得到α,β轴的电流和电压；

计算α,β轴的反电动势；

根据α,β轴的反电动势，基于电机估计转速方程计算电机转速的估计值；

对电机转速的估计值进行积分得到电机转角的估计值；

将设定的电机转速与电机转速的估计值相减得到转速偏差，将设定的电机转角与电机转角的估计值相减得到转角偏差，通过PID控制实现对电机的转速和转角的控制。

作为上述方法的一种改进，所述计算α,β轴的反电动势；具体为：

计算α,β轴的反电动势E_α,E_β：

其中，i_α,i_β为α,β轴的电流，u_α,u_β为α,β轴的电压；L_d,L_q分别为d轴电感和q轴电感；为α,β轴的电流误差；ω_e为计算出的电机角速度；R为电阻；分别为α,β轴的定子电流；K为滑模观测器正增益系数；sat(s)为正弦型饱和函数；s为滑模面；Δ为边界层。