[发明专利]一种基于速度环模糊控制和高频注入法的无传感器控制系统

摘要

本发明公开了一种基于速度环模糊控制和高频注入法的无传感器控制系统，PMSM模块、Clark变换模块、Park变换模块、转子参数估算模块、高频信号注入模块、第一比较器模块、模糊控制器模块、MTPA模块、第二比较器模块、第一PI调节模块、第三比较器模块、第二PI调节模块、Park反变换模块、SVPWM模块和逆变器模块，在转子角度和转速的估算中，高频信号注入法尤其适合零速和低速，同时采用模糊控制器替代传统PI速度调节器。在永磁同步电机矢量控制系统中，模糊控制的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制，有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力。

主权项

1.一种基于速度环模糊控制和高频注入法的无传感器控制系统，其特征在于，包括PMSM模块、Clark变换模块、Park变换模块、转子参数估算模块、高频信号注入模块、第一比较器模块、模糊控制器模块、MTPA模块、第二比较器模块、第一PI调节模块、第三比较器模块、第二PI调节模块、Park反变换模块、SVPWM模块和逆变器模块，其中：所述PMSM模块，用于检测输出三相电流ia、ib和ic；所述Clark变换模块，用于将所述PMSM模块输出的三相电流ia、ib和ic通过Clark变换后输出两相静止直角坐标系α‑β下的两相定子电流iα和iβ；所述Park变换模块，用于将所述Clark变换模块输出的两相定子电流iα和iβ通过Park变换后输出两相同步旋转坐标系d‑q下的两相电流id和iq；所述转子参数估算模块，用于将所述Clark变换模块输出的两相定子电流i_α和i_β、所述高频信号注入模块注入的旋转两相高频电压信号u_asi和u_βsi与所述PMSM模块输出的转矩T_e一并输入转子参数估算模块内的全维观测器中进行估算处理，估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值估算出转子转速的估计值乘以一常数得到估算的转子转速n，所述转子参数估算模块包括同步旋转高通滤波器子模块、外差计算器子模块和全维观测器子模块，其中：所述同步旋转高通滤波器子模块，用于将所述Clark变换模块输出的两相定子电流iα和iβ通过同步旋转滤波后，剩下的电流分量只包含高频电流负序成分iαi‑in和iβi‑in，具体包括以下步骤：首先，建立交流永磁同步电机在两相静止直角坐标系α‑β中的数学模型：uβs＝RSiβs+Pψβs    (1)uαs＝RSiαs+Pψαs    (2)式中，uαs和uβs为两相静止直角坐标系α‑β中电压，Rs为定子电阻，iαs和iβs为两相静止直角坐标系α‑β中电流，P为微分算子，ψαs和ψβs代表定子磁链；其中，磁链方程为：其中：式中，为平均电感，为调制电感,L_q表示q轴电感,L_d表示d轴电感,θ_r为d轴领先A相相轴的空间电角度，L_md、L_mq为阻尼绕组归算到定子侧的d、q分量，i_Q、i_D分别为归算后的转子交、直轴阻尼绕组电流，ψ_f代表转子永磁磁链；所述外差计算器子模块，用于将所述同步旋转高通滤波器子模块滤波后得到的高频电流负序成分iαi‑in和iβi‑in与所述高频信号注入模块注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi进行外差法运算，得出转子位置的误差角度θe；所述全维观测器子模块，用于将所述外差计算器子模块得到的误差角度θ_e与所述PMSM模块输出的转矩T_e一并输入进行估算处理，得到转子位置的估计值和转子转速的估计值所述第一比较器模块，用于将估算的转子转速n与实际的转子转速n*进行作差运算；所述模糊控制器模块，用于将所述第一比较器模块比较的差值通过PI调节后输出参考转矩所述MTPA模块，用于将所述模糊控制器模块输出的参考转矩通过最大转矩电流比控制后得到q轴参考电流和d轴参考电流所述第二比较器模块，用于将所述MTPA模块输出的q轴参考电流与所述Park变换模块中输出的电流i_q进行作差运算；所述第一PI调节模块，用于将所述第二比较器模块比较的差值通过PI调节后输出q轴参考电压uq；所述第三比较器模块，用于将所述MTPA模块输出的d轴参考电流与所述Park变换模块中输出的电流i_d进行作差运算；所述第二PI调节模块，用于将所述第三比较器模块比较的差值通过PI调节后输出d轴参考电压ud；所述Park反变换模块，用于将所述第一PI调节模块输出的q轴参考电压uq和所述第二PI调节模块输出的d轴参考电压ud通过Park反变换后输出两相静止直角坐标系α‑β下的两相控制电压uα和uβ；所述SVPWM模块，用于将所述Park反变换模块输出的两相控制电压uα和uβ与所述高频信号注入模块注入的旋转两相高频电压信号uasi和uβsi进行叠加后进行空间矢量调制，输出PWM波形至所述逆变器模块，所述逆变器模块向所述PMSM模块输入三相电压ua、ub和uc，从而控制所述PMSM模块。