[发明专利]一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略

说明书

本发明提出的一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略涉及电机的无位置传感器控制领域，该策略由两个位置观测器组成，其中位置观测器一为MRAS观测器，负责使系统获得较高的稳态估算精度，位置观测器二为滑模观测器，负责在系统受到较强干扰时运行以保证位置观测的动态响应稳定，通过控制开关函数对两个位置观测器进行调节。本发明提出的一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略，其结构简单，易于实现，既保证了良好的静态性能，又有稳定的动态响应，有效地增强了中高速无位置传感器控制系统的鲁棒性。

技术领域：

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体为一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略。

技术背景：

永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、结构灵活多样等显著优点，因此在生产生活中受到广泛应用。永磁同步电动机控制中需要电机转子位置信息的反馈，但是，机械位置传感器会使电机体积和制造成本增加，而且使电机结构变得复杂,使得可靠性降低，增加了系统的维护工作量，控制系统性能因此会大大降低。因此，基于算法观测器代替机械传感器的无位置传感器控制技术成为了国内外研究的热点。

永磁同步电机无位置传感器控制方法有很多，例如高频注入法、滑模观测器法、模型参考自适应法、卡尔曼滤波器法、神经网络等智能算法，其中模型参考自适应法和滑模观测器法因为其良好的性能响应备受青睐。模型参考自适应法方法简单，稳态精度高，但以电机模型作参考模型，受电机参数影响较大，鲁棒性差。滑模观测器法有较强的鲁棒性，但存在抖振问题。大多数改进策略是将单一方法针对其缺点进行改进，如在模型参考自适应法中加入电机参数辨识，如在传统滑模观测器法的改进中引入高阶滑模，这些改进措施不仅会大大增加控制系统的复杂性，而且会产生新的问题。因此本文提出一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略，设计开关函数将模型参考自适应法和滑模观测器法结合在一起，使系统在运行过程中仅使用一种控制算法，又能使两种算法优势互补，本发明不仅设计简单，而且性能良好。

发明内容：

本发明是针对表贴式永磁同步电机无位置传感器矢量控制中转子位置观测的稳态精度和动态响应问题，提出了一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略。该方法不仅具有很高的稳态精度，快速的动态响应，鲁棒性强，有效地解决了上述问题，而且设计简单，易于实现。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

该策略采用Id＝0的矢量控制，由MRAS观测器一和位置观测器二组成一个混合位置观测器，观测器一主要负责在系统稳态模式下运行以保证位置观测的误差较小，观测器二主要负责在系统受到较强干扰时运行以保证位置观测的动态响应稳定，二者并列通过开关函数进行切换运行以达到更好的性能。本文提出的一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略集合了MRAS观测器稳态精度高和滑模观测器动态响应好的优点，弥补单种算法造成的性能不足。

一种表贴式永磁同步电机无位置传感器控制混合策略，包括以下步骤：

1)根据表贴式永磁同步电机数学模型，基于波波夫超稳定理论设计MRAS观测器

2)根据表贴式永磁同步电机数学模型，基于一阶线性滑模面设计滑模观测器

3)调节MRAS观测器以达到更高的稳态精度，调节一阶线性滑模观测器以达到更快速的动态响应，并分别通过实验对MRAS观测器和滑模观测器在不同工况下的性能进行分析。

4)确定一阶线性滑模面设计滑模观测器抖振带的带宽

5)根据步骤3和步骤4的数据设计混合控制开关函数

式中w₁,θ₁为MRAS观测器的观测速度和观测位置，w₂,θ₂为滑模观测器的观测速度和观测位置，为系统给定值，k略高于滑模观测器的抖振带带宽幅值的一半。