一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法，设定期望的电机转速，建立非奇异高阶终端滑模观测器估算出电机转速估计值和电机转子角位移估计值，求得期望的电机转速和电机转速估计值的差值，进行PI调节，求得期望的电磁转矩，经过最优转矩控制得到期望的d轴电流分量和期望的q轴电流分量，建立基于端口受控哈密顿系统模型的内插式永磁同步电机的无源控制器，求得d轴电压分量和q轴电压分量，将d轴电压分量和q轴电压分量进行park-1变换，得到α轴电压分量和参考的β轴电压分量，α轴电压分量和参考的β轴电压分量经过电压空间矢量脉宽调制，得到六路驱动脉冲信号。该控制方法可使整个系统具有良好的稳态精度和动态性能。
【专利说明】一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机控制【技术领域】，具体涉及一种无速度传感器的内插式永磁同步电 机无源控制方法。
【背景技术】
[0002] 内插式永磁同步电动机以其高功率密度、运行效率高及结构可靠等优点，在工矿 等企业得到了广泛的应用。但其受电机参数变化、负载扰动、对象未建模等不确定性的影 响，以及目前使用的机械速度传感器增加了成本，降低了系统可靠性，要实现内插式永磁同 步电动机高性能调速就需要在准确获取转子位置和转速信息基础上进行先进的控制方法 设计。
[0003] 近年来，对于面贴式永磁同步电机常基于滑模观测器估算出反电动势以获取转子 位置信息和速度信息，因为转子位置信息包含在这些物理量里。但这种方式不适合直接应 用于内插式永磁同步电机，因其转子位置信息不仅包含在反电动势中也和其交、直轴电感 有关。由于内插式永磁同步电动机是一种非线性的机电能量转换装置，近年来一种新型系 统控制的互联与能量成形方法尤其受到高度重视。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] -种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1 :在内插式永磁同步电机运行过程中，实时采集A相输出电压、C相输出电 压、A相输出电流和B相输出电流，并设定内插式永磁同步电机期望的电机转速；
[0007] 步骤2 :将A相输出电流和B相输出电流进行Clark变换，得到内插式永磁同步电 机在ct-β静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量，将A相输出电压和C相输出 电压进行Clark变换，得到内插式永磁同步电机在α-β静止坐标系下的α轴电压分量和 β轴电压分量；
[0008] 步骤3 :建立用于估计内插式永磁同步电机的电机转速和电机转子位移的非奇异 高阶终端滑模观测器，该非奇异高阶终端滑模观测器的输入为α-β静止坐标系下的α轴 电流分量和β轴电流分量、 α_β静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量，输出 为电机转速估计值和电机转子角位移估计值；
[0009] 步骤4 :求得内插式永磁同步电机期望的电机转速和电机转速估计值的差值，即 内插式永磁同步电机的转速差值；
[0010] 步骤5 :将内插式永磁同步电机的转速差值作为ΡΙ调节器的输入，求得内插式永 磁同步电机期望的电磁转矩；
[0011] 步骤6 :利用内插式永磁同步电机期望的电磁转矩，建立以内插式永磁同步电机 的两相同步旋转坐标系d_q下的d轴电流分量和q轴电流分量满足电磁转矩方程的条件极 值为目标的拉格朗日方程，进而求得内插式永磁同步电机的两相同步旋转坐标系d_q下期 望的d轴电流分量和期望的q轴电流分量，完成最优转矩控制；
[0012] 步骤7 :利用电机转子角位移估计值，将内插式永磁同步电机在α -β静止坐标系 下的α轴电流分量和β轴电流分量进行park变换，得到内插式永磁同步电机在两相同步 旋转坐标系d_q下反馈的d轴电流分量和反馈的q轴电流分量；
[0013] 步骤8 :建立基于端口受控哈密顿系统模型的内插式永磁同步电机的无源控制 器：将内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标系d_q下期望的d轴电流分量和期望的q 轴电流分量、期望的电机转速、电机转速估计值、内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标 系d_q下反馈的d轴电流分量和反馈的q轴电流分量作为内插式永磁同步电机的无源控制 器的输入，内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标系d_q下的d轴电压分量和q轴电压 分量作为内插式永磁同步电机的无源控制器的输出；
[0014] 步骤9 :利用电机转子角位移估计值，将内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐 标系d_q下的d轴电压分量和q轴电压分量进行pariT 1变换，得到内插式永磁同步电机在 α-β静止坐标系下参考的α轴电压分量和参考的β轴电压分量；
[0015] 步骤10 :将内插式永磁同步电机在α-β静止坐标系下的参考的α轴电压分量 和参考的β轴电压分量经过电压空间矢量脉宽调制，得到六路驱动脉冲信号；
[0016] 步骤11 :根据脉冲信号决定逆变器开关的开通与关断，将内插式永磁同步电机的 直流母线电压逆变为内插式永磁同步电机的三相交流电压，作为内插式永磁同步电机三 相定子绕组的输入电压，并返回步骤1。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 本发明利用非奇异终端滑模观测器来估计内插式永磁同步电动机的转子角位移 和速度信息反馈到系统输入端，在内插式永磁同步电机的端口受控哈密顿系统的模型基础 上，设计无源控制器得到d轴电压分量和q轴电压分量。非奇异终端滑模观测器可抑制滑 模固有的抖振现象，提高转子角位移与速度的估算精度，无源控制器结构简单、直观、计算 量小、便于实现，控制方法可使整个系统具有良好的稳态精度和动态性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明【具体实施方式】的一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控 制方法的流程图；
[0020] 图2为本发明【具体实施方式】的一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控 制方法原理图；
[0021] 图3为本发明【具体实施方式】的非奇异高阶终端滑模观测器的原理图；
[0022] 图4为本发明【具体实施方式】的内插式永磁同步电机的实际的电机转速和估计的 电机转速的响应曲线；
[0023] 图5为本发明【具体实施方式】的内插式永磁同步电机的转速差值的响应曲线；
[0024] 图6为本发明【具体实施方式】的内插式永磁同步电机的实际的电机转子角位移和 估计的电机转子角位移的响应曲线；
[0025] 图7本发明【具体实施方式】的内插式永磁同步电机的实际的α轴电流分量、实际的 β轴电流分量、α轴电流分量估计值和β轴电流分量估计值的响应曲线；
[0026] 图8为本发明【具体实施方式】的内插式永磁同步电机的期望的电机转速升速时对 应的实际的电机转速和电机转速估计值的响应曲线；
[0027] 图9为本发明【具体实施方式】的内插式永磁同步电机的期望的电机转速升速时对 应的扩展反电动势的响应曲线。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明【具体实施方式】加以详细的说明。
[0029] -种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法，原理如图2所示，该方 法的流程图如图1所示，包括以下步骤：
[0030] 步骤1 :在内插式永磁同步电机运行过程中，实时采集A相输出电压、C相输出电 压、A相输出电流和B相输出电流，并设定内插式永磁同步电机期望的电机转速
[0031] 步骤2 :将A相输出电流和B相输出电流进行Clark变换，得到内插式永磁同步电 机在ct - β静止坐标系下的α轴电流分量i α和β轴电流分量i e，将A相输出电压和C相 输出电压进行Clark变换，得到内插式永磁同步电机在α-β静止坐标系下的α轴电压分 量u a和β轴电压分量ue。
[0032] 将A相输出电流和B相输出电流进行Clark变换的公式如下：
【权利要求】
1. 一种无速度传感器的内插式永磁同步电机无源控制方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1 :在内插式永磁同步电机运行过程中，实时采集A相输出电压、C相输出电压、A 相输出电流和B相输出电流，并设定内插式永磁同步电机期望的电机转速； 步骤2 :将A相输出电流和B相输出电流进行Clark变换，得到内插式永磁同步电机在 α-β静止坐标系下的α轴电流分量和β轴电流分量，将A相输出电压和C相输出电压进 行Clark变换，得到内插式永磁同步电机在α-β静止坐标系下的α轴电压分量和β轴 电压分量； 步骤3 :建立用于估计内插式永磁同步电机的电机转速和电机转子位移的非奇异高阶 终端滑模观测器，该非奇异高阶终端滑模观测器的输入为α-β静止坐标系下的α轴电流 分量和β轴电流分量、α-β静止坐标系下的α轴电压分量和β轴电压分量，输出为电 机转速估计值和电机转子角位移估计值； 步骤4:求得内插式永磁同步电机期望的电机转速和电机转速估计值的差值，即内插 式永磁同步电机的转速差值； 步骤5 :将内插式永磁同步电机的转速差值作为ΡΙ调节器的输入，求得内插式永磁同 步电机期望的电磁转矩； 步骤6 :利用内插式永磁同步电机期望的电磁转矩，建立以内插式永磁同步电机的两 相同步旋转坐标系d_q下的d轴电流分量和q轴电流分量满足电磁转矩方程的条件极值为 目标的拉格朗日方程，进而求得内插式永磁同步电机的两相同步旋转坐标系d_q下期望的 d轴电流分量和期望的q轴电流分量，完成最优转矩控制； 步骤7:利用电机转子角位移估计值，将内插式永磁同步电机在α-β静止坐标系下的 α轴电流分量和β轴电流分量进行park变换，得到内插式永磁同步电机在两相同步旋转 坐标系d_q下反馈的d轴电流分量和反馈的q轴电流分量； 步骤8 :建立基于端口受控哈密顿系统模型的内插式永磁同步电机的无源控制器：将 内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标系d_q下期望的d轴电流分量和期望的q轴电流 分量、期望的电机转速、电机转速估计值、内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标系d_q 下反馈的d轴电流分量和反馈的q轴电流分量作为内插式永磁同步电机的无源控制器的输 入，内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标系d_q下的d轴电压分量和q轴电压分量作 为内插式永磁同步电机的无源控制器的输出； 步骤9 :利用电机转子角位移估计值，将内插式永磁同步电机在两相同步旋转坐标系 d_q下的d轴电压分量和q轴电压分量进行park 1变换，得到内插式永磁同步电机在α - β 静止坐标系下参考的α轴电压分量和参考的β轴电压分量； 步骤10:将内插式永磁同步电机在α-β静止坐标系下的参考的α轴电压分量和参 考的β轴电压分量经过电压空间矢量脉宽调制，得到六路驱动脉冲信号； 步骤11 :根据脉冲信号决定逆变器开关的开通与关断，将内插式永磁同步电机的直流 母线电压逆变为内插式永磁同步电机的三相交流电压，作为内插式永磁同步电机三相定 子绕组的输入电压，并返回步骤1。
【文档编号】H02P21/14GK104104301SQ201410363778
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】侯利民, 赵金鹏, 臧东, 蔡柯 申请人:辽宁工程技术大学