一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法与流程

技术特征：

1.一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择d轴参考电流为0，交流永磁同步电机检测输出三相电流i_a、i_b和i_c；

步骤2：三相电流i_a、i_b和i_c经过Clark变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相定子电流i_α和i_β；

步骤3：两相定子电流i_α和i_β经过以转子位置的估计值为参考角的Park变换，输出两相同步旋转坐标系d-q下的两相电流i_d和i_q；

步骤4：将q轴参考电压和d轴参考电压输入到电压电流转换器中，经电压电流转换后输出两相估算电流和

步骤5：将步骤3中所得的两相电流i_d和i_q与步骤4中所得的两相估算电流和一并输入模型参考自适应系统进行估算处理，估算出转子转速的估计值和转子位置的估计值

步骤6：将步骤5中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，并将估算的转子转速n与实际的转子转速n*进行作差，差值通过PI调节后输出q轴参考电流

步骤7：将q轴参考电流与步骤3中得到的电流i_q进行作差，差值通过PI调节后输出q轴参考电压

步骤8：将d轴参考电流与步骤3中得到的电流i_d进行作差，差值通过PI调节后输出d轴参考电压

步骤9：将步骤7中输出的q轴参考电压和步骤8中输出的d轴参考电压经过以转子位置的估计值为参考角的Park反变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相控制电压和

步骤10：将两相控制电压和进行空间矢量调制，输出PWM波形至逆变器，逆变器向永磁同步电机输入三相电压u_a、u_b和u_c，从而控制永磁同步电机，循环操作步骤1。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，步骤5具体包括：

步骤51：构建模型参考自适应系统的参考模型和可调模型；

步骤52：由参考模型减去可调模型得到了自适应机构的输入量，获得定子电流矢量误差；

步骤53：通过自适应机构的反馈作用对可调模型中的转子转速的估计值进行调节，使得可调模型的估计值与参考模型的实际值i_s,的趋向一致，定子电流矢量误差趋近于零，同时转子转速的估计值逐渐逼近实际值，使系统稳定运行。

3.根据权利要求2所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，步骤51中的参考模型的构建步骤包括以下步骤：

永磁同步电机在两相同步旋转坐标系d-q下的电压方程为：

$u_d=R_s{i}_d+L_S\stackrel{\·}{i_d}-{\mathrm{\ω}}_r{L}_S{i}_q---\left(1\right)$

$u_q=R_S{i}_q+L_s\stackrel{\·}{i_q}-{\mathrm{\ω}}_r{L}_s{i}_d+{\mathrm{\ω}}_r{\mathrm{\ψ}}_f---\left(2\right)$

其中，u_d和u_q为定子在两相同步旋转坐标系d-q下的电压，i_d和i_q为定子在两相同步旋转坐标系d-q下的电流，和为定子在两相同步旋转坐标系d-q下电流的导数，R_s为定子每相电阻、L_s为定子每相电感，ω_r为转速，ψ_f为转子永磁磁链；

对公式(1)、(2)化简得到：

$\stackrel{\·}{i_d}+\frac{\stackrel{\·}{{\mathrm{\ψ}}_f}}{L_S}=-\frac{R_S}{L_S}(i_d+\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L_S})+{\mathrm{\ω}}_r{i}_q+\frac{1}{L_S}(u_d+R_s\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L_S})---\left(3\right)$

$\stackrel{\·}{i_q}=-{\mathrm{\ω}}_r(i_d+\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L_s})-\frac{R_S}{L_S}{i}_q+\frac{1}{L_S}{u}_q---\left(4\right)$

令i’_q＝i_q，u’_q＝u_q，所以参考模型为：

$\stackrel{\·}{i_d^{,}}=-\frac{R_S}{L_S}{i}_d^{,}+{\mathrm{\ω}}_r{i}_q^{,}+\frac{1}{L_S}{u}_d^{,}---\left(5\right)$

$\stackrel{\·}{i_q^{,}}=-{\mathrm{\ω}}_r{i}_d^{,}-\frac{R_s}{L_s}{i}_q^{,}+\frac{1}{L_S}{u}_q^{,}---\left(6\right).$

4.根据权利要求3所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，步骤51中的可调模型的构建步骤包括以下步骤：

由公式(5)、(6)构造模型参考自适应的可调模型：

$\widetilde{\stackrel{\·}{i_d^{,}}}=-\frac{R_S}{L_S}\widetilde{i_d^{,}}+\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}\widetilde{i_q^{,}}+\frac{1}{L_s}{u}_d^{,}---\left(7\right)$

$\widetilde{\stackrel{\·}{i_q^{,}}}=-\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}\widetilde{i_d^{,}}-\frac{R_s}{L_s}\widetilde{i_q^{,}}+\frac{1}{L_s}{u}_q^{,}---\left(8\right).$

5.根据权利要求4所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，步骤52中的定子电流矢量误差的计算步骤包括以下步骤：

由定子电流矢量误差σ＝i_s’-i_s’可知，公式(5)减去(7)、(6)减去(8)可得模型参考自适应公式：

$\stackrel{\·}{{\mathrm{\σ}}_d}=-\frac{R_s}{L_s}{\mathrm{\σ}}_d+{\mathrm{\ω}}_r{\mathrm{\σ}}_q+({\mathrm{\ω}}_r-\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r})\widetilde{\stackrel{\·}{i_q^{,}}}---\left(9\right)$

$\stackrel{\·}{{\mathrm{\σ}}_q}=-\frac{R_s}{L_s}{\mathrm{\σ}}_q-{\mathrm{\ω}}_r{\mathrm{\σ}}_d-({\mathrm{\ω}}_r-\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r})\widetilde{\stackrel{\·}{i_d^{,}}}---\left(10\right)$

式中，

6.根据权利要求2所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，步骤53中的转子转速估计值的计算步骤包括以下步骤：

由公式(9)、(10)和Popov超稳定理论可以设定：

$\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}={\∫}_0^t{k}_i({i_d}^{,}\widetilde{{i_q}^{,}}-\widetilde{{i_d}^{,}}{i_q}^{,})d\mathrm{\τ}+k_p({i_d}^{,}\widetilde{{i_q}^{,}}-\widetilde{{i_d}^{,}}{i_q}^{,})+\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}\left(0\right)---\left(11\right)$

由i’_q＝i_q，和公式(11)可知转速由i_d、i_q、表示如下：

$\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}={\∫}_0^t{k}_i(i_d\widetilde{i_q}-\widetilde{i_d}{i}_q-\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L_s}(i_q-\widetilde{i_q}\left)\right)d\mathrm{\τ}+k_p(i_d\widetilde{i_q}-\widetilde{i_d}{i}_q-\frac{{\mathrm{\ψ}}_f}{L_s}(i_q-\widetilde{i_q}\left)\right)+\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}\left(0\right)---\left(12\right)$

7.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，步骤6具体包括：

步骤61：将实际的转子转速n*与估算的转子转速n进行作差运算得到的偏差e，及偏差e的变化率de/dt，一同作为模糊控制器的输入值；

步骤62：偏差e经过KP增益后的数值与模糊控制器的输出值经过Ki增益后再经过微分处理后的数值一同构成模糊PI控制器，模糊PI控制器的输出值为q轴参考电流i_q^*。

8.根据权利要求1或7所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，在步骤6中，将步骤5中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，其中，估算出转子转速的估计值与估算的转子转速n之间的关系为：

$n=\frac{60\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}}{2\mathrm{\π}}=9.55\widetilde{{\mathrm{\ω}}_r}$

即，所述常数为9.55。

9.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，在步骤2中，将三相电流i_a、i_b和i_c经过Clark变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相定子电流i_α和i_β，具体涉及的换算公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -1/2& -1/2\\ 0& \sqrt{3}/2& -\sqrt{3}/2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right].$

10.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，在步骤3中，两相定子电流i_α和i_β经过以转子位置的估计值为参考角的Park变换，输出两相同步旋转坐标系d-q下的两相电流i_d和i_q，具体涉及的换算公式如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \widehat{\mathrm{\θ}}& \sin \widehat{\mathrm{\θ}}\\ \sin \widehat{\mathrm{\θ}}& \cos \widehat{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]$

其中，为估算的转子角。

11.根据权利要求1所述的一种基于模糊控制和MRAS的永磁同步电机无速度传感器测速方法，其特征在于，在步骤9中，将步骤7中输出的q轴参考电压和步骤8中输出的d轴参考电压经过以转子位置的估计值为参考角的Park反变换，输出两相静止直角坐标系α-β下的两相控制电压和具体涉及以下换算公式：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}^{*}\\ u_{\mathrm{\β}}^{*}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \widehat{\mathrm{\θ}}& -\sin \widehat{\mathrm{\θ}}\\ \sin \widehat{\mathrm{\θ}}& \cos \widehat{\mathrm{\θ}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_d^{*}\\ u_q^{*}\end{array}\right]$

其中，为估算的转子角。