[发明专利]基于滑模观测器的表贴式永磁同步电机转子位置计算方法和装置

说明书

本发明提供一种基于滑模观测器的表贴式永磁同步电机转子位置计算方法和装置，将自适应边界层厚度的余弦饱和分段函数引入滑模控制率，并结合准标幺化算法，有效降低高频抖振并提高转子位置和转速计算准确性；首先根据定子电压参考值、定子电流实际值和转子电角速度观测值通过滑模观测器计算得到反电动势滑模观测准标幺值；进而根据反电动势滑模观测准标幺值和转子电角速度观测值通过二阶广义积分器计算得到反电动势观测准标幺值；最后根据反电动势观测准标幺值通过锁相环计算得到转子电角速度观测值和转子电角度观测值；本发明所提出的转子位置计算方法可靠性高且鲁棒性强，满足高速氢泵、空压机等永磁同步电机驱动领域对系统可靠性和效率的要求。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是一种基于滑模观测器的永磁同步电机转子位置计算方法。

背景技术

永磁同步电机具有功率密度大、效率高、结构紧凑和可靠性高等特点，在航天器、风力发电、家用电器和电动汽车等领域已得到广泛应用。为实现永磁同步电机的高性能控制，满足对转速和电流的精确控制，电机驱动系统必须实时精确获取转子位置。

传统直接位置检测的机械传感器主要包括旋转变压器、编码器、霍尔传感器等，加大了电机成本，增加了电机体积和重量，且易受工作环境影响，降低了系统的可靠性。

目前无位置传感器估算转子位置技术包括两大类：基于电机非理想特性和基于基波数学模型。基于电机非理想特性技术在电机零速和极低速条件下能准确估算出转子位置，主要包括高频信号注入法、低频注入法等，但信号注入会对电机造成额外的谐波和噪声，计算量大且电压利用率低。基于基波数学模型技术利用反电动势或定子磁链信息估算转子位置，适用于中高速运行工况，主要包括直接公式计算法、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波法和滑模观测器法等。

其中，滑模观测器对系统参数不敏感，对外部参数扰动和内部参数摄动鲁棒性强，结构算法简单、工程控制可靠性高且易于实现。但滑模观测器控制是一种不连续控制，切换开关的不理想性和系统惯性会导致系统存在高频抖振，大大降低转子位置估算精确度。此外，转速变化会影响反电动势幅值，从而影响系统带宽，降低固定参数的抗转速扰动能力，影响观测精度。因此，研究一种能够实现高频抖振抑制和抗转速扰动能力提高的滑模观测器无传感算法有着广阔的应用前景。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于滑模观测器的表贴式永磁同步电机转子位置计算方法和装置；该方法将自适应边界层厚度的余弦饱和分段函数引入滑模控制率，并结合准标幺化算法，有效降低高频抖振并提高转子位置和转速计算准确性，增强滑模观测器无传感计算转子位置方法的可靠性和鲁棒性。

本发明将自适应边界层厚度的余弦饱和分段函数引入滑模控制率，并结合准标幺化算法，有效降低高频抖振并提高转子位置和转速计算准确性；首先根据定子电压参考值、定子电流实际值和转子电角速度观测值通过滑模观测器计算得到反电动势滑模观测准标幺值；进而根据反电动势滑模观测准标幺值和转子电角速度观测值通过二阶广义积分器计算得到反电动势观测准标幺值；最后根据反电动势观测准标幺值通过锁相环计算得到转子电角速度观测值和转子电角度观测值；本发明所提出的转子位置计算方法可靠性高且鲁棒性强，满足高速氢泵、空压机等永磁同步电机驱动领域对系统可靠性和效率的要求。

作为本发明的第一方面，本发明的实施例提出一种基于滑模观测器的表贴式永磁同步电机转子位置计算方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据αβ轴定子电压参考值αβ轴定子电流实际值i_α/i_β、转子电角速度观测值通过滑模观测器计算得到αβ轴反电动势滑模观测准标幺值

步骤S2，根据αβ轴反电动势滑模观测准标幺值和转子电角速度观测值通过二阶广义积分器计算得到αβ轴反电动势观测准标幺值

步骤S3，根据αβ轴反电动势观测准标幺值通过锁相环计算得到转子电角速度观测值和转子电角度观测值