用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动汽车电动机的无传感器设计方法，特别涉及一种基于新型滑模观 测器设计的无传感器控制设计方式。
【背景技术】
[0002] 无位置传感器控制技术利用电动机中可以直接测量到的物理量如直流母线电压、 电流等信息，通过不同的控制算法估算出电动机控制所需的位置和速度信息，从而舍去了 机械传感器，例如光电编码器、测速发电动机或旋转变压器等，减少了电动机的体积和成 本，而且增加了系统的可靠性。目前，常见的永磁同步电动机的无传感器观测器估计控制技 术有以下几种：
[0003] 1)全阶状态观测器法：它利用完整的电动机微分模型来估计转子的位置和速度。 该方法有较好的动态性，但是没有摆脱对电动机参数的依赖，对负载变化相对敏感，所以系 统在电动机参数和负载变化时不能很好地保证估计的准确性。
[0004] 2)卡尔曼滤波器。该观测器是一种应用最优估计原理的方法，具有较高的精度，但 是该算法需要求解矩阵代数黎卡提方程，对于维数较高的系统，计算量会很大，求解的过程 相当复杂，给实时性应用带来一定的困难。这种方法还要求系统的数学模型和噪声级别是 已知的，且模型复杂，参数分析困难。
[0005] 3)滑模观测器。该方法来源于滑模变结构控制，是一种比较特殊的非线性控制。 观测器通过切换开关的频繁动作，使系统从一种结构转换到另外一种结构，系统的运动点 就在设计的轨迹上作小幅度、高频率的运动，也就是所谓的"滑模"运动，并最终运动到稳定 点。这种方法具有响应快，对系统内部参数的摄动和外部干扰不敏感等特点，具有很强的鲁 棒性。同时系统无需在线辨识，实现起来又比较简单。但是传统的滑模观测器缺点是会引 起系统抖振，不仅影响了控制系统的精度，增加了能量消耗，而且很容易激发系统中的高频 未建模部分，破坏系统的性能，甚至使系统失稳，损坏控制器部件。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题，就是提出一种用于电动汽车电动机的无传感器滑模 观测器设计方法，估算电动机转子位置、速度信息，实现电动汽车的无传感器速度控制。
[0007] 本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种用于电动汽车电动机的无传 感器新型滑模观测器设计方法，该方法包括以下步骤：
[0008] 步骤S1，采集电动机两相电流ia、ib;
[0009] 步骤S2,计算定子电流在a|3轴上的分量ia、ip;
[0010] 步骤S3,利用滑模观测器计算估计电流i、所述滑模观测器表达式为：
【主权项】
1. 用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法，该方法包括w下步骤： 步骤S1，采集电动机两相电流i。、ib; 步骤S2,计算定子电流在a p轴上的分量i。、ip; 步骤S3,利用滑模观测器计算估计电流么、所述滑模观测器表达式为：
其中，ia、ip定子电流在a 0轴上的分量，u"、up为定子电压在a P轴上的分量，么、 为滑模观测器计算估计电流，R,为定子相电阻，L,为定子相电感，k,，为滑模观测器的切 换增益，sat为饱和函数，
式中，5为可调参数，其值与估计转速相关； 步骤S4,将采集的电动机两相电流ia、ib，与滑模观测器估计电流4、做差，得到电 流误差开关信号Z ; 步骤S5,将得到的开关信号Z送入低通滤波中进行滤波，得到反电势信号e ; 步骤S6,将得到的反电势信号S进行二次滤波，得到反电势估计值公； 步骤S7,根据反电势估计值i，由下式计算转速每和位置估计值苗，并进行角度补偿：
其中，e"、ep为反电势估计值i在a P轴上的分量，iDf为转子永磁体磁链。
2. 根据权利要求1所述的用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法，其特 征在于：所述步骤S4具体为；设计动态误差方程为：
定义：
3. 根据权利要求1所述的用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法，其特 征在于：所述步骤5中，低通滤波器满足：
为低通滤波器截止频率，《为电动机角速度，km。为与转速有关的数； A 0为位置估计补偿值，H(j?)为低通滤波器的复域关系表达式。
4. 根据权利要求3所述的用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法，其特 征在于：所述步骤S5中，使用截止频率可调的低通滤波器。
【专利摘要】本发明涉及电动汽车电动机的无传感器设计方法。本发明公开了一种用于电动汽车电动机的无传感器滑模观测器设计方法，估算电动机转子位置、速度信息，实现电动汽车的无传感器速度控制。本发明用于电动汽车电动机的无传感器新型滑模观测器设计方法，对传统滑模观测器的切换函数和滤波器进行了改进，具有很好的自适应功能，有效的减弱了传统滑模观测器带来的“抖振”现象，可以得到含较少高频信号的反电势估算值，能够更好地估计电动机转子位置、速度信息。本发明在无传感器电动机控制领域中有很大的研究潜力和应用前景，为电动汽车的电动机高性能控制和电动机故障预测提供了关键参数。
【IPC分类】H02P21-13
【公开号】CN104601076
【申请号】CN201510083688
【发明人】陈勇, 李雪恺
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月15日