[发明专利]基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机观测及滤波方法

说明书

本申请公开了基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机观测及滤波方法，包括：步骤S1‑通过上一周期电流观测值和电流实际值作差得到电流观测误差，当电流观测误差为正值时由饱和函数计算增益，正滑模增益给定，否则由饱和函数计算增益，负滑模增益给定，由永磁同步电机的超螺旋滑模函数计算本周期观测电流和观测反电动势；步骤S2‑对观测反电动势进行低通滤波，利用外差法和锁相环初步计算转子角度；步骤S3‑对观测反电动势进行2s/2r坐标变换；步骤S4‑在同步旋转坐标系对观测反电动势进行低通滤波，对滤波后的观测反电动势进行2r/2s坐标反变换；步骤S5‑利用外差法和锁相环最终计算转子角度。本申请解决了滑模观测器抖振现象和滤波器带来的相位滞后、幅值衰减问题。

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，具体是基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机观测及滤波方法。

背景技术

近年来，矢量控制技术在电机控制领域发展迅猛，在各类电机产品中得到了广泛应用，尤其是矢量控制技术在永磁同步电机上的应用研究受到国内外众多学者的高度重视。实现矢量控制系统的关键在于转子位置的实时精确获取，传统电机控制系统采用位置传感器能够准确获取转子位置信息，但是位置传感器具有安装难度大，成本高和对使用环境有要求等缺陷。相较之下，无位置传感器控制不仅解决了上述问题，同时还具备不弱于位置传感器的位置观测效果。因此行业内，众多学者和厂商都开始研究和尝试利用无位置传感器替代传统有位置传感器控制的方案，并且已有不少成果落地。

如今，中高速域的无位置传感器控制方法主要有龙贝格观测器法，拓展卡尔曼滤波器法，模型参考自适应法和滑模观测器法。其中的滑模观测器法由于具备整定参数少，实现简单，效果优良和鲁棒性强的优点，率先成为了无感控制算法推广应用的主要方法。然而由于传统滑模观测器采用的是一阶滑模面函数以及开关控制函数，所以存在抖振大的固有缺陷。同时传统滑模观测器中采用的开关切换函数的离散特性与矢量控制技术对角度连续性的要求相矛盾，导致不可避免的需要采用低通滤波器对观测出的反电动势进行滤波，但是这样无疑会带来相位滞后和幅值衰减。因此，亟需一种改善滑模观测器抖振现象和解决滤波器使用带来的相位滞后和幅值衰减的观测及滤波方法。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机观测及滤波方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术中存在的滑模观测器抖振现象和滤波器使用带来的相位滞后、幅值衰减问题。

为实现上述目的，本申请公开了以下技术方案：一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机观测及滤波方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1-通过上一周期电流观测值和电流实际值作差得到电流观测误差，当所述电流观测误差为正值时由饱和函数计算增益，正滑模增益给定，当所述电流观测误差为负值时，由饱和函数计算增益，负滑模增益给定，由永磁同步电机的超螺旋滑模函数计算本周期观测电流和观测反电动势；

步骤S2-对观测反电动势进行低通滤波，利用外差法和锁相环初步计算转子角度；

步骤S3-对观测反电动势进行2s/2r坐标变换；

步骤S4-在同步旋转坐标系对观测反电动势进行低通滤波，对滤波后的观测反电动势进行2r/2s坐标反变换；

步骤S5-利用外差法和锁相环最终计算转子角度。

作为优选，所述步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S101-构建自然坐标系下的永磁同步电机电压方程；

步骤S102-利用3s/2s坐标变换，将自然坐标系下的永磁同步电机电压方程变换到两相静止坐标系下；

步骤S103-将永磁同步电机的两相静止电流作为状态变量带入超螺旋滑模观测器基本模型中，得到永磁同步电机的超螺旋滑模观测器模型；

步骤S104-将永磁同步电机的超螺旋滑模观测器模型与两相静止坐标系下的实际模型相减，当最终系统稳定在滑模面上时，得到反电动势。