[实用新型]一种永磁同步电机无传感器控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种永磁同步电机无传感器控制装置，属于交流伺服电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机具有功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、体积小、重量轻等优点，在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。

永磁同步电机的控制需要获得电机转子的位置和速度信息，目前应用比较普遍的位置传感器包括光电编码器、旋转变压器等装置，而这些装置的使用不但增加了系统的体积和成本，降低了系统的可靠性，也限制了永磁同步电机在特殊环境下的应用，因此无传感器的控制方法已成为电机控制研究领域的一个研究热点。当电机在中高速范围内运转时，基于滑模观测器的无传感器控制方法得到广泛的应用。

这种方法首先通过构造滑模观测器首先观测电机的反电动势，然后从反电动势中直接或间接地估算出转子位置和速度，具有原理简单、稳定性好等特点，但是当存在系统参数摄动、负载扰动时，该方法的快速性和抗干扰能力非常有限。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下实现对电机反电动势以及转子位置和速度的快速、准确估计，并有效提高系统的抗干扰能力的永磁同步电机无传感器控制装置。

本实用新型采用如下技术方案解决上述技术问题：本实用新型设计了一种永磁同步电机无传感器控制装置，包括电流采集模块、Clark变换模块、PARK变换模块、转速调节模块、第一比较模块、q轴电流调节模块、第二比较模块、d轴电流调节模块、第三比较模块、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、分数阶滑模观测模块、分数阶锁相环模块、三相逆变器和永磁同步电机，其中：

所述三相逆变器的三路输出端分别连接永磁同步电机的三相电压输入端和电流采集模块的电流输入端，所述电流采集模块的电流输出端与Clark变换模块的电流输入端连接，所述Clark变换模块电流输出端分别连接PARK变换模块的电流输入端和分数阶滑模观测模块的电流输入端，所述分数阶滑模观测模块的反电动势输出端与分数阶锁相环模块的反电动势输入端连接，所述分数阶锁相环模块的输出端分别与第一比较模块的输入端、PARK变换模块的转子角度输入端和PARK逆变换模块的转子角度输入端连接；

所述第一比较模块的输出端与转速调节模块的误差输入端连接，所述转速调节模块的电流给定值输出端与第二比较模块的实际电流输入端连接，所述第二比较模块的差值输出端与q轴电流调节模块的误差输入端连接，所述q轴电流调节模块的q轴电压输出端与PARK逆变换模块的q轴电压输入端连接，所述第三比较模块差值输出端与d轴电流调节模块的误差输入端连接，所述d轴电流调节模块的d轴电压输出端与PARK逆变换模块的d轴电压输入端连接；

所述PARK逆变换模块的电压输出端分别与空间矢量脉宽调制模块的电压输入端和分数阶滑模观测模块的电压输入端连接，所述PARK变换模块的电流输出端分别与第二比较模块的实际电流输入端、第三比较模块的实际电流输入端连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.本实用新型中所提出的分数阶滑模观测器、分数阶锁相环中均包含一个分数阶微积分算子，且算子的分数阶次可调，通过选择合适的分数阶次，可以实现反电动势、电机速度和转子位置的快速准确估计；

2.本实用新型对系统扰动、参数摄动等不确定性因素具有鲁棒性，因此可以更好的实现永磁同步电机的无传感器控制；

3.本实用新型中的分数阶滑模观测器中采用饱和函数，通过选择合理的边界层厚度可以有效削弱滑模控制存在的抖振现象。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理框图；

图2是本实用新型中分数阶滑模观测器计算α-β坐标系下反电动势观测值的原理框图；

图3是本实用新型中分数阶滑模观测器计算α-β坐标系下反电动势观测值的原理框图；

图4是本实用新型中分数阶锁相环的结构原理框图；

图5是系统存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型中分数阶滑模观测模块输出的反电动势观测值的示意图；

图6是系统存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型中分数阶锁相环模块输出的电机转子位置估计值与电机实际转子位置的比较示意图；

图7是系统存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型对永磁同步电机的无传感器控制的速度输出示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：