[发明专利]永磁同步电机的无传感器控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其是一种永磁同步电机的无传感器控制系统。

背景技术

永磁同步电机采用永久磁铁产生气隙磁通而不需要外部励磁，可获得极高的功率密度以及转矩/惯量比，它具有体积小、重量轻、能量转换效率高、运行可靠性高、调速范围广等优点，在中小型运动控制系统及高性能控制场合占据日益重要的地位，成为研究与应用的重要领域。永磁同步电机的控制需要获得可靠的转子信息，现多用光电码盘、旋转变压器等装置测量，而这些装置会增加电机的尺寸和电机的成本等。因此，无传感器的控制方法便成为电机控制研究领域的一个研究热点。以前的永磁同步电机的无传感器控制系统中也有采用滑模观测器，但存在低速观测时，有很大的谐波振动，只适用于高速电机转动的问题。

发明内容

为了克服已有永磁同步电机的无传感器控制系统的不能适应低速观测场合、实用性差的不足，本发明提供一种能同时使用低速和高度观测场合、实用性强的永磁同步电机的无传感器控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种永磁同步电机的无传感器控制系统，包括磁链/电流状态观测器和反电动势测量模块，所述磁链/电流状态观测器为滑模观测器，所述滑模观测器采用滑模变结构控制，所述滑模观测器的坐标系为                                                估计旋转坐标系，坐标系以的角速度旋转，并滞后坐标系的电角度，所述述磁链/电流状态观测器利用滑模相平面来表示和：

       （5）

       （6）

                    （7）

                       （8）

上式中，为坐标系下轴的磁通量；为坐标系下d，q轴的相电感；为坐标系下轴的电流；为坐标系下轴的电压；是可变的滑模增益；为角速度；为定子电阻；

    满足式（11）和（12），则开关切换信号将在滑模相平面上趋向于

稳定；

                 （11）

                 （12）

在所述反电动势测量模块中，计算方程如下

                  （14）

                  （15）

其中，为坐标系下轴的反电动势；

在所述磁链/电流状态观测器中，转子位置误差的方程为：

                     （18）

转子位置和速度观测器的稳定考虑到以下方程：

                    （19）

                      （20）

式中，是观测器的增益值，且。

进一步，所述无传感器控制系统还包括滤波模块，所述磁链/电流状态观测器的输出连接所述滤波模块，所述滤波模块的输出连接所述反电动势测量模块；所述滤波模块包括低通滤波器和卡尔曼滤波器，所述卡尔曼滤波器的状态方程为：

                 （16）

                  （17）

其中，、为坐标系下轴的反电动势的估计值，,为卡尔曼滤波器的增益，、为经低通滤波器滤波后的电动势。

本发明的技术构思为：本发明滑模观测器是把状态观测器中的控制回路修改成滑模变结构的形式，使用一个修正的反电动势测量模块并与其相连一个磁链/电流状态观测器并同时经过卡尔曼滤波环节。另外，本发明永磁同步电机的数学模型及其观测器是基于一个估计的旋转参考坐标系产生的，它代替了原有的静止参考坐标系。

通过滑模观测器来估计转子的位置和速度，要解决的技术问题是：采用反电动势测量模块和滑模观测器同级相连，并利用李雅普诺夫稳定准则，估计转子的位置和速度并经过卡尔曼滤波环节，使估计值较好的跟踪实际值。

本发明的有益效果主要表现在：1）能同时使用低速和高度观测场合、实用性强；2）计算量小，易于实现，很好地体现了新理论的工程化与实用化；3）首次提出了用估计旋转参考坐标系代替了原有的静止参考坐标系并经卡尔曼滤波，可以适合高低转速的响应；4）采用滑模观测器和反电动势测量模块提高了转子位置与速度的估计精确度；5）整机性能得到提高，估计值能较好的跟踪实际值的变化。

附图说明

图1是永磁同步电机系统的结构图。

图2是滤波过程的示意图。