[发明专利]一种基于改进型扰动观测器的电机无传感器控制方法

摘要

本发明提供了一种基于改进型扰动观测器的电机无传感器控制方法，属于电机控制技术领域。该方法在静止α‑β坐标下，建立内置式永磁同步电机的矢量控制系统的动态模型；利用合成反电动势变形为与表贴式永磁同步电机相似的模型，对变换后的电流状态方程进行整理得到时域微分方程；利用中间变量的转换设计扰动观测器，得到合成反电动势的估计值，结合锁相环及相应的相位补偿后得到了准确的转子位置信息；利用MTPA电流指令、PI调节、SVPWM控制，实现内置式永磁同步电机的无传感器控制。本发明模型设计与调试过程简单，转子位置信息估计精确，易于工程实现，具有较高的应用价值。

主权项

1.一种基于改进型扰动观测器的电机无传感器控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：变形内置式永磁同步电机数学模型在静止α‑β坐标下，IPMSM的电压方程为：其中，uα、uβ为静止两相坐标下的定子电压分量；iα、iβ为静止两相坐标下的定子电流分量；Rs、ψf分别为定子线圈电阻和转子磁链；ωm、θe分别为转子机械角速度和电角度；Pn为电机极对数；L0为平均电感；L1为半差电感；定义合成反电动势Esyn为：定义合成输入电压矢量vαβ为：其中，e_sα、e_sβ为静止两相坐标下的合成反电动势分量；v_α、v_β静止两相坐标下的合成输入电压分量；i_d为直轴电流，为直轴电流对应的导数；将方程式(2)与(3)代入IPMSM的电压方程，在α‑β坐标系下的IPMSM的电压方程变形为：其中，分别为静止两相坐标下的定子电流分量的导数；步骤2：对IPMSM电流状态方程进行整理，得到时域微分方程；扰动信号影响时，时域微分方程表示为：其中，x为状态变量，u为系统输入和d为扰动信号；A、Bu和Bd分别为与x、u和d对应的系数矩阵；步骤1得到的变形后IPMSM的电压方程式(4)，得到以定子电流为状态变量的IPMSM电流状态方程：其中，Ld、Lq分别为直轴和交轴电感；将静止α‑β坐标下合成反电动势Esyn作为扰动信号，对IPMSM电流状态方程进行整理得到：其中，将定子电流矢量作为状态变量x＝iαβ＝(iα,iβ)T，合成后的电压矢量作为系统输入u＝vαβ；定义合成反电动势矢量为扰动信号d＝Esyn；对应扰动下的时域微分方程中的系数矩阵分别为A＝‑(Rs/Lq)I，Bu＝(1/Lq)I，Bd＝‑(1/Lq)I，其中，I为单位矩阵；步骤3：利用中间变量搭建改进型扰动观测器初等扰动观测器变形为：其中，L为扰动观测器增益矩阵，^表示对应变量的估计值，为扰动信号估计值的导数；定义中间变量为：利用中间变量搭建改进型扰动观测器的模型为：根据步骤2的IPMSM在扰动下的时域微分方程，得到基于合成反电动势的改进型扰动观测器模型：其中，z＝(z₁,z₂)^T为中间变量,和为其对应的导数；观测器增益矩阵L＝lI，l为反电动势增益；步骤4：内置式永磁同步电机的无传感器控制系统首先通过电流互感器将内置式永磁同步电机的两相定子电流i_a、i_b经过CLARKE变换得到i_α、i_β；再将i_α、i_β与检测到的反电动势利用步骤3的改进型扰动观测器，得到转子位置和角速度的估计量和然后将反馈转速与电机给定转速ω_m^*进行比较，转速差值通过速度PI调节器生成定子电流给定i_n^*，通过MTPA控制器，获得最佳的d、q轴电流分量i_d^*和i_q^*，并分别将其作为给定电流与反馈电流一同送入电流PI调节器，输出作为PARK逆变换的输入，得到两相给定电压u_α^*、u_β^*，在SVPWM模块中转化为驱动逆变桥的开关信号，完成对电机的矢量控制。