基于调磁脉冲计数的电机无位置传感器控制系统和控制方法

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于调磁脉冲计数的电机无位置传感器控制系统和控制方法。

背景技术：

1、pmsm具有结构简单，功率密度高，高可靠性和控制精度高等优点。在电动汽车领域，驱动电机往往需要具有宽调速范围的性能，但pmsm通常使用高矫顽力永磁体以获得较高的功率密度，这便造成了其气隙磁场难以调节的缺陷。传统的pmsm常常施加持续的d轴电流来抵消永磁磁链，虽然在一定程度上拓宽了调速范围，但同时也引入了额外的弱磁铜耗。所以，一种通过施加脉冲电流来改变永磁体磁化水平来实现“弱磁阔速”的pmsm——变磁通可调电机被提出，实现永磁电机的气隙磁场调节成为近年来电机领域的一个研究热点并取得显著的进步，成为了电动汽车驱动电机的新选择。磁通可调电机是在永磁电机的基础上引入电励磁，通过调节电励磁电流的大小和方向来实现电机气隙磁通的调节，具有调磁方便、效率高等优点。当电机在不同工况下运行时，磁通将会出现不同程度的饱和，而磁通饱和将会对磁阻产生影响，从而使电感参数发生变化，以及由于运行时间的不同，其他电气参数也发生变化。通过施加脉冲电流瞬间改变其磁化状态，并且其磁化水平能被磁通可调住，从而实现气隙磁场的灵活调节。

2、电感反映了绕组在一定电流下产生磁链的能力，对于固定磁路且磁导率为恒值时，磁链与流过线圈的电流之间有正比关系。而无位置传感器控制算法模型一般是根据固定的电感参数建立的，当电感参数发生变化时，会出现电感参数失配的问题很可能会导致磁通可调驱动控制系统故障，其充、去磁的时机以及转子位置对调磁磁路的影响都会对电机的驱动性能产生影响。

3、因此为保证基于计数脉冲模块的改进滑模观测器的观测精度在磁通可调电机的调磁线圈中加入脉冲计数模块，对磁通可调电机的电感参数进行实时的调节，以保证滑模观测器输出转速和转子位置的准确性，对提高整个无位置传感器控制系统具有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于调磁脉冲计数的电机无位置传感器控制系统，本发明的另一目的是提供所述电机无位置传感器控制系统的控制方法。

2、技术方案：本发明所述的控制系统包括磁通可调电机模块、电流检测模块、clark坐标变换模块、park坐标变化模块、滑模观测器模块、锁相环模块、转速环调节模块、电流环调节器模块、电流调节器模块、ipark坐标变换模块、svpwm模块、电压检测模块、逆变器模块、脉冲检测模块和调磁绕组逆变器模块。

3、进一步地，所述磁通可调电机模块的定子电流通过电流检测模块采集指令ia、ib和ic经过clark坐标变换模块得到两相静止坐标系下的电流指令iα和iβ，电压指令经过ipark坐标变换模块，得到两相静止坐标系下的电压指令uα、uβ，电压指令uα、uβ输入到svpwm模块中，输出pwm驱动信号，再经过逆变器模块驱动磁通可调电机模块工作。

4、进一步地，所述电流ia、iβ，ipark坐标变换模块输出的电压指令uα、uβ，正负脉冲检测模块所检测的正负脉冲个数全部输入到滑模观测器中，同时滑模观测器输出反电动势和

5、进一步地，所述反电动势观测值和输入到锁相环模块，估算转子位置观测值和转速观测值所述转子位置观测值分别输入到park坐标变化模块和ipark变换模块，所述转速观测值反馈到转速输入端与ω比较后输入到转速环调节器模块，经模块调节后得到电流iq*。

6、进一步地，所述经过park坐标变换模块输出的电流id和iq，与d轴电流给定参考值比较后输入到d轴电流调节器模块，并输出d轴电压，所述转速环调节模块输出的电流iq*与电流iq比较后输入到电流环调节器模块，并输出q轴电压

7、本发明所述的控制方法包括如下步骤：

8、(1)根据调磁绕组中计数脉冲模块输出n个脉冲其中正脉冲数为n1，负脉冲数为n2，计算出磁通可调电机的电感参数ls；

9、(2)根据磁通可调电机在两相静止坐标系下的模型，以定子电流的观测误差作为滑模面，列写滑模电流观测器方程；

10、(3)对滑模电流观测器方程进行稳定性分析；

11、(4)在滑模电流观测器的基础上，采用锁相环系统来提取转子的位置和转速信息。

12、进一步地，所述步骤(1)基于磁通可调电机模型，通过调磁绕组逆变器模块(15)发出脉冲信号，通过脉冲检测模块(14)检测正脉冲数为n1，负脉冲数为n2，脉冲变化量为δl2，则磁通可调电机电感的的实际值为ls＝l0+n1δl1-n2δl2，其中，磁通可调电机的初始电感值为l0，根据调磁绕组中计数脉冲模块输出n个脉冲，正脉冲数为n1计为正，脉冲变化量为δl1，负脉冲数为n2记为负。

13、进一步地，所述步骤(2)包括：

14、(2.1)首先要建立sigmoid函数的滑模电流观测器，然后将观测出的等效控制量经过反电动势观测器进行转速和转子位置的计算；表贴式永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型，如下式所示：

15、

16、其中，iα、iβ、uα、uβ以及eα、eβ分别为两相静止坐标系下的相电流、相电压和反电动势分量，rs为定子相电阻，ls为定子相电感，ψf为永磁体磁链，ωf为转子电角速度，θ为转子位置角；

17、(2.2)根据磁通可调电机在两相静止坐标系下的数学模型构建以sigmoid函数作为控制函数的滑模电流观测器方程如下：

18、

19、其中a为可调参数，为定子电流在两相静止坐标系下的观测值，k为观测器的反馈增益。

20、进一步地，所述步骤(3)包括：选取lynapunov函数对电流观测器方程进行稳定性分析，

21、lynapunov函数为以下形式：

22、

23、其中，为选取得滑模面，为定子电流观测值，is＝[iαiβ]t为定子电流测量值，根据lynapunov第二法，当系统满足v>0时，此系统是渐进稳定的，滑模电流观测器的稳定条件如下：

24、

25、由表贴式永磁同步电机在两相静止坐标系下的电流方程以及在其基础上构建的电流观测器方程，得到电流误差方程为：

26、

27、其中：

28、

29、滑模观测器的稳定性方程为：

30、

31、令得到反馈增益k的取值范围为：

32、k>max(eα,eβ)

33、进一步地，所述步骤(4)包括采用锁相环系统对所需物理量估算，获取转子的角度信息。

34、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：通过脉冲计数的方式对调磁绕组中的电感参数进行实时的调节，并将实时电感参数与滑模观测器相结合，提高了观测精度，该方法与传统的参数辨识相比，不需要依赖一些已知参数，无需考虑电机实际运行工况变化而引起的其他参数变化导致单参数辨识结果出现怕偏差的问题，提高系统的稳定性；采用sigmoid函数代替传统的符号函数作为切换函数可以加快系统收敛的速度也能降低滑模抖动，同时估算转子位置和速度的锁相环环节具有低通滤波特性，能保证滤波效果良好；能够实时的检测出不同负载下的电感参数，提高转子位置和转速估计精度，同时使调磁脉冲计数的无位置传感器控制系统具有很好的动态性能，提高无位置控制系统的观测精度。