一種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控制方法，設定期望的電機轉速，建立非奇異高階終端滑模觀測器估算出電機轉速估計值和電機轉子角位移估計值，求得期望的電機轉速和電機轉速估計值的差值，進行PI調節，求得期望的電磁轉矩，經過最優轉矩控制得到期望的d軸電流分量和期望的q軸電流分量，建立基于端口受控哈密頓系統模型的內插式永磁同步電機的無源控制器，求得d軸電壓分量和q軸電壓分量，將d軸電壓分量和q軸電壓分量進行park-1變換，得到α軸電壓分量和參考的β軸電壓分量，α軸電壓分量和參考的β軸電壓分量經過電壓空間矢量脈寬調制，得到六路驅動脈沖信號。該控制方法可使整個系統具有良好的穩態精度和動態性能。
【專利說明】一種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于電機控制【技術領域】，具體涉及一種無速度傳感器的內插式永磁同步電 機無源控制方法。

【背景技術】
[0002] 內插式永磁同步電動機以其高功率密度、運行效率高及結構可靠等優點，在工礦 等企業得到了廣泛的應用。但其受電機參數變化、負載擾動、對象未建模等不確定性的影 響，以及目前使用的機械速度傳感器增加了成本，降低了系統可靠性，要實現內插式永磁同 步電動機高性能調速就需要在準確獲取轉子位置和轉速信息基礎上進行先進的控制方法 設計。
[0003] 近年來，對于面貼式永磁同步電機常基于滑模觀測器估算出反電動勢以獲取轉子 位置信息和速度信息，因為轉子位置信息包含在這些物理量里。但這種方式不適合直接應 用于內插式永磁同步電機，因其轉子位置信息不僅包含在反電動勢中也和其交、直軸電感 有關。由于內插式永磁同步電動機是一種非線性的機電能量轉換裝置，近年來一種新型系 統控制的互聯與能量成形方法尤其受到高度重視。


【發明內容】

[0004] 本發明的技術方案是：
[0005] -種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控制方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :在內插式永磁同步電機運行過程中，實時采集A相輸出電壓、C相輸出電 壓、A相輸出電流和B相輸出電流，并設定內插式永磁同步電機期望的電機轉速；
[0007] 步驟2 :將A相輸出電流和B相輸出電流進行Clark變換，得到內插式永磁同步電 機在ct-β靜止坐標系下的α軸電流分量和β軸電流分量，將A相輸出電壓和C相輸出 電壓進行Clark變換，得到內插式永磁同步電機在α-β靜止坐標系下的α軸電壓分量和 β軸電壓分量；
[0008] 步驟3 :建立用于估計內插式永磁同步電機的電機轉速和電機轉子位移的非奇異 高階終端滑模觀測器，該非奇異高階終端滑模觀測器的輸入為α-β靜止坐標系下的α軸 電流分量和β軸電流分量、 α_β靜止坐標系下的α軸電壓分量和β軸電壓分量，輸出 為電機轉速估計值和電機轉子角位移估計值；
[0009] 步驟4 :求得內插式永磁同步電機期望的電機轉速和電機轉速估計值的差值，即 內插式永磁同步電機的轉速差值；
[0010] 步驟5 :將內插式永磁同步電機的轉速差值作為ΡΙ調節器的輸入，求得內插式永 磁同步電機期望的電磁轉矩；
[0011] 步驟6 :利用內插式永磁同步電機期望的電磁轉矩，建立以內插式永磁同步電機 的兩相同步旋轉坐標系d_q下的d軸電流分量和q軸電流分量滿足電磁轉矩方程的條件極 值為目標的拉格朗日方程，進而求得內插式永磁同步電機的兩相同步旋轉坐標系d_q下期 望的d軸電流分量和期望的q軸電流分量，完成最優轉矩控制；
[0012] 步驟7 :利用電機轉子角位移估計值，將內插式永磁同步電機在α -β靜止坐標系 下的α軸電流分量和β軸電流分量進行park變換，得到內插式永磁同步電機在兩相同步 旋轉坐標系d_q下反饋的d軸電流分量和反饋的q軸電流分量；
[0013] 步驟8 :建立基于端口受控哈密頓系統模型的內插式永磁同步電機的無源控制 器：將內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系d_q下期望的d軸電流分量和期望的q 軸電流分量、期望的電機轉速、電機轉速估計值、內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標 系d_q下反饋的d軸電流分量和反饋的q軸電流分量作為內插式永磁同步電機的無源控制 器的輸入，內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系d_q下的d軸電壓分量和q軸電壓 分量作為內插式永磁同步電機的無源控制器的輸出；
[0014] 步驟9 :利用電機轉子角位移估計值，將內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐 標系d_q下的d軸電壓分量和q軸電壓分量進行pariT 1變換，得到內插式永磁同步電機在 α-β靜止坐標系下參考的α軸電壓分量和參考的β軸電壓分量；
[0015] 步驟10 :將內插式永磁同步電機在α-β靜止坐標系下的參考的α軸電壓分量 和參考的β軸電壓分量經過電壓空間矢量脈寬調制，得到六路驅動脈沖信號；
[0016] 步驟11 :根據脈沖信號決定逆變器開關的開通與關斷，將內插式永磁同步電機的 直流母線電壓逆變為內插式永磁同步電機的三相交流電壓，作為內插式永磁同步電機三 相定子繞組的輸入電壓，并返回步驟1。
[0017] 本發明的有益效果是：
[0018] 本發明利用非奇異終端滑模觀測器來估計內插式永磁同步電動機的轉子角位移 和速度信息反饋到系統輸入端，在內插式永磁同步電機的端口受控哈密頓系統的模型基礎 上，設計無源控制器得到d軸電壓分量和q軸電壓分量。非奇異終端滑模觀測器可抑制滑 模固有的抖振現象，提高轉子角位移與速度的估算精度，無源控制器結構簡單、直觀、計算 量小、便于實現，控制方法可使整個系統具有良好的穩態精度和動態性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明【具體實施方式】的一種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控 制方法的流程圖；
[0020] 圖2為本發明【具體實施方式】的一種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控 制方法原理圖；
[0021] 圖3為本發明【具體實施方式】的非奇異高階終端滑模觀測器的原理圖；
[0022] 圖4為本發明【具體實施方式】的內插式永磁同步電機的實際的電機轉速和估計的 電機轉速的響應曲線；
[0023] 圖5為本發明【具體實施方式】的內插式永磁同步電機的轉速差值的響應曲線；
[0024] 圖6為本發明【具體實施方式】的內插式永磁同步電機的實際的電機轉子角位移和 估計的電機轉子角位移的響應曲線；
[0025] 圖7本發明【具體實施方式】的內插式永磁同步電機的實際的α軸電流分量、實際的 β軸電流分量、α軸電流分量估計值和β軸電流分量估計值的響應曲線；
[0026] 圖8為本發明【具體實施方式】的內插式永磁同步電機的期望的電機轉速升速時對 應的實際的電機轉速和電機轉速估計值的響應曲線；
[0027] 圖9為本發明【具體實施方式】的內插式永磁同步電機的期望的電機轉速升速時對 應的擴展反電動勢的響應曲線。

【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本發明【具體實施方式】加以詳細的說明。
[0029] -種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控制方法，原理如圖2所示，該方 法的流程圖如圖1所示，包括以下步驟：
[0030] 步驟1 :在內插式永磁同步電機運行過程中，實時采集A相輸出電壓、C相輸出電 壓、A相輸出電流和B相輸出電流，并設定內插式永磁同步電機期望的電機轉速
[0031] 步驟2 :將A相輸出電流和B相輸出電流進行Clark變換，得到內插式永磁同步電 機在ct - β靜止坐標系下的α軸電流分量i α和β軸電流分量i e，將A相輸出電壓和C相 輸出電壓進行Clark變換，得到內插式永磁同步電機在α-β靜止坐標系下的α軸電壓分 量u a和β軸電壓分量ue。
[0032] 將A相輸出電流和B相輸出電流進行Clark變換的公式如下：

【權利要求】
1. 一種無速度傳感器的內插式永磁同步電機無源控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1 :在內插式永磁同步電機運行過程中，實時采集A相輸出電壓、C相輸出電壓、A 相輸出電流和B相輸出電流，并設定內插式永磁同步電機期望的電機轉速； 步驟2 :將A相輸出電流和B相輸出電流進行Clark變換，得到內插式永磁同步電機在 α-β靜止坐標系下的α軸電流分量和β軸電流分量，將A相輸出電壓和C相輸出電壓進 行Clark變換，得到內插式永磁同步電機在α-β靜止坐標系下的α軸電壓分量和β軸 電壓分量； 步驟3 :建立用于估計內插式永磁同步電機的電機轉速和電機轉子位移的非奇異高階 終端滑模觀測器，該非奇異高階終端滑模觀測器的輸入為α-β靜止坐標系下的α軸電流 分量和β軸電流分量、α-β靜止坐標系下的α軸電壓分量和β軸電壓分量，輸出為電 機轉速估計值和電機轉子角位移估計值； 步驟4:求得內插式永磁同步電機期望的電機轉速和電機轉速估計值的差值，即內插 式永磁同步電機的轉速差值； 步驟5 :將內插式永磁同步電機的轉速差值作為ΡΙ調節器的輸入，求得內插式永磁同 步電機期望的電磁轉矩； 步驟6 :利用內插式永磁同步電機期望的電磁轉矩，建立以內插式永磁同步電機的兩 相同步旋轉坐標系d_q下的d軸電流分量和q軸電流分量滿足電磁轉矩方程的條件極值為 目標的拉格朗日方程，進而求得內插式永磁同步電機的兩相同步旋轉坐標系d_q下期望的 d軸電流分量和期望的q軸電流分量，完成最優轉矩控制； 步驟7:利用電機轉子角位移估計值，將內插式永磁同步電機在α-β靜止坐標系下的 α軸電流分量和β軸電流分量進行park變換，得到內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉 坐標系d_q下反饋的d軸電流分量和反饋的q軸電流分量； 步驟8 :建立基于端口受控哈密頓系統模型的內插式永磁同步電機的無源控制器：將 內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系d_q下期望的d軸電流分量和期望的q軸電流 分量、期望的電機轉速、電機轉速估計值、內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系d_q 下反饋的d軸電流分量和反饋的q軸電流分量作為內插式永磁同步電機的無源控制器的輸 入，內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系d_q下的d軸電壓分量和q軸電壓分量作 為內插式永磁同步電機的無源控制器的輸出； 步驟9 :利用電機轉子角位移估計值，將內插式永磁同步電機在兩相同步旋轉坐標系 d_q下的d軸電壓分量和q軸電壓分量進行park 1變換，得到內插式永磁同步電機在α - β 靜止坐標系下參考的α軸電壓分量和參考的β軸電壓分量； 步驟10:將內插式永磁同步電機在α-β靜止坐標系下的參考的α軸電壓分量和參 考的β軸電壓分量經過電壓空間矢量脈寬調制，得到六路驅動脈沖信號； 步驟11 :根據脈沖信號決定逆變器開關的開通與關斷，將內插式永磁同步電機的直流 母線電壓逆變為內插式永磁同步電機的三相交流電壓，作為內插式永磁同步電機三相定 子繞組的輸入電壓，并返回步驟1。
【文檔編號】H02P21/14GK104104301SQ201410363778
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】侯利民, 趙金鵬, 臧東, 蔡柯 申請人:遼寧工程技術大學