[发明专利]一种永磁同步电机的无传感器控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机的无传感器控制方法及系统，属于永磁同步电机控制技术领域。首先，建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的动态模型；其次，基于滑模观测器得到感应电动势，同时给出控制增益的约束条件；然后，引入一个低通滤波器得到有效电动势，基于反正切函数提取位置信息。本发明能够准确地估计角速度和转子位置，并且控制系统具有很强的鲁棒性。此外，滑模控制的抖振现象也得到了极大地改善，适用于永磁同步电机无传感器控制系统的设计。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机的无传感器控制方法及系统，属于永磁同步电机控制技术领域。

背景技术

近年来，随着电力电子、自动控制和计算机等技术的发展，交流调速控制系统在高性能调速领域已逐步取代直流调速控制系统。永磁同步电机以其功率密度高、转矩惯量比大和动态响应速度快的特点在交流调速系统中占据了主导地位。永磁同步电机起动时需要确定转子初始位置，其除了作为闭环反馈信号外，还是坐标变换的依据。传统控制系统多采用光电编码器、旋转变压器等机械式位置传感器获取转速信号。机械式位置传感器增加了系统成本，且安装维护成本高，降低了鲁棒性和可靠性。为了克服上述机械式位置传感器的弊端，无位置传感器控制技术成了电机控制领域中的一个研究热点。

由此可见，永磁同步电机无传感器控制系统的设计对提高控制系统的动态性能起着至关重要的作用。

为了削弱滑模观测器的抖振现象，可以将符号函数sign(·)用连续的sigmoid(·)替代。基于定子电阻在线估计，一种超螺旋二阶滑模观测器算法被用于永磁同步电机无位置传感器控制。考虑到采样通道非线性引起的电压和电流直流偏置，分析其对电机反电动势观测和无速度传感器控制的影响，并且设计一种基于二阶广义积分器抑制直流偏置。基于内嵌滤波器的同步旋转坐标系锁相环技术，能有效抑制滑模高频抖动信号对位置辨识的影响，且无需对位置辨识值进行相位补偿。然而，现有永磁同步电机中高速的无传感器控制都是基于两相静止正交坐标上的数学模型进行研究的，有关永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的无传感器研究还鲜有报道。

发明内容

发明目的：为了实现对角速度和转子位置信号的准确估计，本发明提供一种永磁同步电机的无传感器控制方法及系统，为了对信号的估计，首先，建立永磁同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的动态模型；其次，基于滑模观测器得到感应电动势，并应用李雅普诺夫稳定性理论得到控制增益的约束条件；然后，引入一个低通滤波器得到有效电动势，基于反正切函数提取位置信息；最后，通过仿真验证本文所提永磁同步电机无传感器控制系统对角速度和转子位置估计的有效性和鲁棒性。本发明最重要的特征是基于滑模观测器得到感应电动势，引入一个低通滤波器得到有效电动势，基于反正切函数提取位置信息，而设计的滑模观测器可以准确地估计角速度和转子位置，并且控制系统具有很强的鲁棒性。此外，滑模控制的抖振现象也得到了极大地改善，适用于永磁同步电机无传感器控制系统的设计。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种永磁同步电机的无传感器控制方法，包括以下步骤：

步骤1，建立永磁同步电机在两相同步旋转正交dq坐标系上的状态方程：

其中，d/dt为微分算子，i_d为d轴轴定子绕组的电流，i_q为q轴定子绕组的电流，R_s为定子绕组的电阻，L_s为定子绕组的电感，ω_e为电角速度，u_d为d轴定子绕组的电压，u_q为q轴定子绕组的电压，E_d为d轴的感应电动势，E_d＝0，E_q为q轴的感应电动势，E_q＝ω_eψ_f，ψ_f为永磁体磁链。

步骤2，建立滑模观测器：