双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器的制造方法
【专利摘要】双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器，包括基于滑模观测器的电机模型、S型开关函数、角度计算模块和角转速计算模块；永磁同步电机两相静止坐标系下的定子电压uα和uβ通过电压重构获得与S型开关函数输出量和作为基于滑模观测器的电机模型输入，基于滑模观测器的电机模型输出定子电流观测值减定子实际电流值iα、iβ，差值作为S型开关函数的输入，经其处理后输出两相静止坐标系下的反电势估算值和再经过角度计算模块获得转子位置经角速度计算模块求导获得角速度
【专利说明】双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器
【技术领域】
[0001]本发明属于永磁电机控制领域，涉及一种双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，电力电子装置在工业中得到了广泛的应用，但在创造了巨大经济效益的同时也给电网带来了巨大的谐波。因此，开发绿色环保、结构紧凑又高效的新型电力电子装置就成了一种发展趋势。双级矩阵变换器(Two-stage Matrix Converter, TSMC)是近年发展起来的一种新型AC/AC “绿色”电力变换器，具有输入电流谐波含量少、功率密度高、输入功率因数可控、能量可双向流动、直流侧无储能电容等优点。
[0003]永磁同步电机(PermanentMagnet Synchronous Motor, PMSM)无需无功励磁电流，效率高，体积小，又因其高功率密度、高转矩电流比等优点而被广泛应用。
[0004]在高性能永磁同步电动机系统中，为了实现高精度、高动态性能的速度与位置控制，速度与位置的闭环必不可少，因此需要在转子轴上安装机械式传感器，以测量电机转子速度与位置。机械式传感器往往使得系统体积和重量增加，成本上升，因此限制了永磁同步电动机在一些特殊场合的应用。为了克服这一缺陷，永磁同步电动机无速度传感器控制技术成为电机控制领域的一个研究热点。
[0005]针对TSMC和PMSM以及无速度传感器技术各自独特的优点，将三者结合，能发挥各自独特的优势，于是TSMC-PMSM无速度传感器系统成为电机控制领域的一个新的研究方向。
[0006]永磁同步电动机无速度传感器控制技术估算速度与位置的准确与否是成功的关键。目前永磁同步电动机速度估算的方法主要有基于数学模型的直接估算法、模型参考自适应法以及基于观测器的估算方法等。模型参考自适应估算法与参考模型本身的选取有关，并且模型参考自适应估算法与直接估算法均依赖于电机参数，从而影响了估算的准确性。利用状态观测器对转子位置和角度进行估算的方法主要有三种:滑模观测器、Luenberger观测器和全阶自适应状态观测器。
[0007]滑模观测器是根据当前的状态控制系统按照预定的滑动模态轨迹运动，在滑动过程中，滑动模态与对象的参数和扰动无关，具有物理实现简单，在线辨识，响应速度快，对扰动不敏感，鲁棒性强等优点而被广泛应用，是上述三种观测器中使用最多，最成熟的观测器，因此基于滑模变结构观测器的TSMC-PMSM系统是目前最具前途的无位置传感器控制系统。
[0008]现有的传统滑模观测器原理框图如图2，需要将电压、电流和估算的开关信号作为PMSM模型输入量，将符号函数sign作为切换函数，获得开关信号，再通过低通滤波器获得估算的反电势，然后依靠三角函数计算获得转速和位置信息，该方法对控制对象的参数和扰动具有很强的鲁棒性。但由于开关时间和空间上的滞后，使得滑模观测器呈现固有的抖动现象，估算电流沿实际电流幅值上下抖动，导致估算的反电势也存在脉动；再加上低通滤波器的使用造成的延时，需要对低通滤波器引起的滞后进行补偿，补偿算法要实现快速响应，需要针对不同速度点建表，从而导致传统滑模观测器存在抖动、延时、建表工作量大，浪费存储空间而且算法复杂等问题。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器，解决了现有技术存在的滑模观测器抖动、延时、建表工作量大及浪费存储空间等问题。
[0010]本发明所采用的技术方案，双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器，包括基于滑模观测器的电机模型、S型开关函数、角度计算模块和角速度计算模块；永磁同步电机两相静止坐标系下的定子电压Ua和110通过电压重构获得与S型开关函数输出
量Sa ;和&作为基于滑模观测器的电机模型输入，基于滑模观测器的电机模型输出定子电流观测值^ L、(减定子实际电流值ia、ie，差值1、S作为s型开关函数的输入，经其处理后输出两相静止坐标系下的反电势估算值e和^，再经过角度计算模块获得转子位
置.》，经角速度计算模块求导获得角速度A。
[0011]本发明的特点还在于:
[0012]S型开关函数表达式如下:
【权利要求】
1.双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器，其特征在于:包括基于滑模观测器的电机模型(l)、s型开关函数(2)、角度计算模块(3)和角速度计算模块(4);永磁同步电机两相静止坐标系下的定子电压Ua和110通过电压重构获得与S型开关函数(2)输出量和&作为基于滑模观测器的电机模型(I)输入，基于滑模观测器的电机模型(I)输出定子电流观测值I /p, 1、减定子实际电流值ia、ie，差值忑、\作为S型开关函数(2)的输入，经其处理后输出两相静止坐标系下的反电势估算值和^，再经过角度计算模块(3)获得转子位置I经角速度计算模块(4)求导获得角速疫A。
2.如权利要求1所述的双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器，其特征在于: 所述S型开关函数(2)表达式如下:
3.如权利要求1或2所述的双级矩阵变换器驱动的永磁同步电动机滑模速度观测器，其特征在于，所述S型开关函数(2)以电流误差作为输入，在该误差没有达到S型开关函数上下两个切换面的时候，输出的开关信号与输入成指数关系，误差达到上切换面时输出等于1，达到下切换面时输出等于-1 ;a越大，S型函数(2)越趋近与符号函数。
【文档编号】H02P21/14GK103715962SQ201310737905
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】宋卫章, 马宝剑, 钟彦儒, 汪丽娟 申请人:西安理工大学