一種無速度傳感器的內(nèi)插式永磁同步電機無源控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無速度傳感器的內(nèi)插式永磁同步電機無源控制方法，設定期望的電機轉(zhuǎn)速，建立非奇異高階終端滑模觀測器估算出電機轉(zhuǎn)速估計值和電機轉(zhuǎn)子角位移估計值，求得期望的電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速估計值的差值，進行PI調(diào)節(jié)，求得期望的電磁轉(zhuǎn)矩，經(jīng)過最優(yōu)轉(zhuǎn)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(tǒng)模型的內(nèi)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(jīng)過電壓空間矢量脈寬調(diào)制，得到六路驅(qū)動脈沖信號。該控制方法可使整個系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。
【專利說明】一種無速度傳感器的內(nèi)插式永磁同步電機無源控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無速度傳感器的內(nèi)插式永磁同步電 機無源控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)插式永磁同步電動機以其高功率密度、運行效率高及結(jié)構(gòu)可靠等優(yōu)點，在工礦 等企業(yè)得到了廣泛的應用。但其受電機參數(shù)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(tǒng)可靠性，要實現(xiàn)內(nèi)插式永磁同 步電動機高性能調(diào)速就需要在準確獲取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)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?；诨Ｓ^測器估算出反電動勢以獲取轉(zhuǎn)子 位置信息和速度信息，因為轉(zhuǎn)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(nèi)插式永磁同步電機，因其轉(zhuǎn)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(guān)。由于內(nèi)插式永磁同步電動機是一種非線性的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，近年來一種新型系 統(tǒng)控制的互聯(lián)與能量成形方法尤其受到高度重視。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] -種無速度傳感器的內(nèi)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(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機期望的電機轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機的電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速估計值和電機轉(zhuǎn)子角位移估計值；
[0009] 步驟4 :求得內(nèi)插式永磁同步電機期望的電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速估計值的差值，即 內(nèi)插式永磁同步電機的轉(zhuǎn)速差值；
[0010] 步驟5 :將內(nèi)插式永磁同步電機的轉(zhuǎn)速差值作為ΡΙ調(diào)節(jié)器的輸入，求得內(nèi)插式永 磁同步電機期望的電磁轉(zhuǎn)矩；
[0011] 步驟6 :利用內(nèi)插式永磁同步電機期望的電磁轉(zhuǎn)矩，建立以內(nèi)插式永磁同步電機 的兩相同步旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩方程的條件極 值為目標的拉格朗日方程，進而求得內(nèi)插式永磁同步電機的兩相同步旋轉(zhuǎn)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(yōu)轉(zhuǎn)矩控制；
[0012] 步驟7 :利用電機轉(zhuǎn)子角位移估計值，將內(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步 旋轉(zhuǎn)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(tǒng)模型的內(nèi)插式永磁同步電機的無源控制 器：將內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)速估計值、內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)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(nèi)插式永磁同步電機的無源控制 器的輸入，內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系d_q下的d軸電壓分量和q軸電壓 分量作為內(nèi)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(zhuǎn)子角位移估計值，將內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(jīng)過電壓空間矢量脈寬調(diào)制，得到六路驅(qū)動脈沖信號；
[0016] 步驟11 :根據(jù)脈沖信號決定逆變器開關(guān)的開通與關(guān)斷，將內(nèi)插式永磁同步電機的 直流母線電壓逆變?yōu)閮?nèi)插式永磁同步電機的三相交流電壓，作為內(nèi)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(fā)明的有益效果是：
[0018] 本發(fā)明利用非奇異終端滑模觀測器來估計內(nèi)插式永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子角位移 和速度信息反饋到系統(tǒng)輸入端，在內(nèi)插式永磁同步電機的端口受控哈密頓系統(tǒng)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(xiàn)象，提高轉(zhuǎn)子角位移與速度的估算精度，無源控制器結(jié)構(gòu)簡單、直觀、計算 量小、便于實現(xiàn)，控制方法可使整個系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明【具體實施方式】的一種無速度傳感器的內(nèi)插式永磁同步電機無源控 制方法的流程圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明【具體實施方式】的一種無速度傳感器的內(nèi)插式永磁同步電機無源控 制方法原理圖；
[0021] 圖3為本發(fā)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(fā)明【具體實施方式】的內(nèi)插式永磁同步電機的實際的電機轉(zhuǎn)速和估計的 電機轉(zhuǎn)速的響應曲線；
[0023] 圖5為本發(fā)明【具體實施方式】的內(nèi)插式永磁同步電機的轉(zhuǎn)速差值的響應曲線；
[0024] 圖6為本發(fā)明【具體實施方式】的內(nèi)插式永磁同步電機的實際的電機轉(zhuǎn)子角位移和 估計的電機轉(zhuǎn)子角位移的響應曲線；
[0025] 圖7本發(fā)明【具體實施方式】的內(nèi)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(fā)明【具體實施方式】的內(nèi)插式永磁同步電機的期望的電機轉(zhuǎn)速升速時對 應的實際的電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速估計值的響應曲線；
[0027] 圖9為本發(fā)明【具體實施方式】的內(nèi)插式永磁同步電機的期望的電機轉(zhuǎn)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(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實施方式】加以詳細的說明。
[0029] -種無速度傳感器的內(nèi)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(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機期望的電機轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(quán)利要求】
1. 一種無速度傳感器的內(nèi)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(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機期望的電機轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機的電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速估計值和電機轉(zhuǎn)子角位移估計值； 步驟4:求得內(nèi)插式永磁同步電機期望的電機轉(zhuǎn)速和電機轉(zhuǎn)速估計值的差值，即內(nèi)插 式永磁同步電機的轉(zhuǎn)速差值； 步驟5 :將內(nèi)插式永磁同步電機的轉(zhuǎn)速差值作為ΡΙ調(diào)節(jié)器的輸入，求得內(nèi)插式永磁同 步電機期望的電磁轉(zhuǎn)矩； 步驟6 :利用內(nèi)插式永磁同步電機期望的電磁轉(zhuǎn)矩，建立以內(nèi)插式永磁同步電機的兩 相同步旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩方程的條件極值為 目標的拉格朗日方程，進而求得內(nèi)插式永磁同步電機的兩相同步旋轉(zhuǎn)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(yōu)轉(zhuǎn)矩控制； 步驟7:利用電機轉(zhuǎn)子角位移估計值，將內(nèi)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(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn) 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(tǒng)模型的內(nèi)插式永磁同步電機的無源控制器：將 內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)速估計值、內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)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(nèi)插式永磁同步電機的無源控制器的輸 入，內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系d_q下的d軸電壓分量和q軸電壓分量作 為內(nèi)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(zhuǎn)子角位移估計值，將內(nèi)插式永磁同步電機在兩相同步旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(jīng)過電壓空間矢量脈寬調(diào)制，得到六路驅(qū)動脈沖信號； 步驟11 :根據(jù)脈沖信號決定逆變器開關(guān)的開通與關(guān)斷，將內(nèi)插式永磁同步電機的直流 母線電壓逆變?yōu)閮?nèi)插式永磁同步電機的三相交流電壓，作為內(nèi)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】侯利民, 趙金鵬, 臧東, 蔡柯 申請人:遼寧工程技術(shù)大學