[发明专利]变电站巡视机器人采用混合观测装置检测位置信息的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种变电站巡视机器人采用混合观测装置检测位置信息的方法，将初始位置检测闭环控制系统、混合观测器、模型参考归一化算法、模糊控制器、凸极效应补偿控制器和混合观测器结合在一起，以准确、有效的检测变电站巡视机器人的转子位置和速度信息。

背景技术

目前，在各种结构的机器人系统中，由于采用永磁同步电机(PMSM)的方案效率较高，因此这种方案具有着重要的地位。特别是在电力机器人和小型机器人中，PMSM由于这些优点而得到了更多的应用。但是，一般情况下，机器人的驱动电机采用机械式位置传感器来检测电机的转速和动子位置，如光电编码器和旋转变压器。然而，机械式传感器的存在带来了很多弊端：1)电机与控制器之间的连接元件增多，坑干扰能力变差，降低了系统可靠性；2)加大了电机空间尺寸和体积，减少了功率密度，增加了系统的硬件成本和维护成本；3)在高温与强腐蚀环境中，将使传感器性能变差、甚至失效，导致电机驱动系统无法正常工作。

而能否对转子初始位置进行准确估计是永磁同步发电机高性能控制策略(矢量控制或直接转矩)和无位置传感器运行实现的前提条件，也是关系到机器人是否顺利起动，以及能否实现最大转矩起动的关键问题；因此，转子初始位置检测一直是工程技术界研究的热点和难点问题之一，尤其在电力机器人中，因为机器人所进行的操作为基本为高压操作，检测的线路非常危险，如果转子初始位置检测不准确，会造成电力机器人的反响转动，结果有可能因为误操作破坏整个电力线路和机器人，严重的甚至会造成高压短路。

传感器的核心是控制系统能对转子的实时位置和速度进行准确的估算，常用无传感器的控制方法可分为2类：

1、采用电机理想模型的开环计算法，如直接计算法、反电动势积分法等，基于开环的计算方法简单直接，动态性能较好；但计算时依赖电机参数，而电机运行时参数总处于变化之中，这样势必会影响转子位置估计的准确性；并且在电机速度很低时，反电动势非常小，容易和各种干扰信号掺杂在一起，信噪比变低，使得反电势难于检测；所以这种方法并不适合用于电机静止或低速时无传感器位置估算；

3、基于外部高频信号注入的转子位置辨识方案，如旋转高频电压注入法、旋转高频电压注入法和旋转高频电流注入法；高频信号注入法是通过给电机三相绕组注入高频信号(电压或电流信号)，依靠电机转子自身的凸极性或由于饱和导致的凸极效应，使高频信号产生的磁场受到转子凸极的调制作用，因此高频信号中将带有转子位置信息，再将高频信号从定子电流或电压中解调出来就能提取出电机转子的位置信息；这种方法依靠外加激励信号，并不依赖于转速，但估算转子位置所需要的时间较长，位置量更新频率不高，所以高频信号注入法在电机静止和低速时有更好的估算效果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种变电站巡视机器人采用混合观测装置检测位置信息的方法，能够使永磁同步电机在全速下都能够完美稳定地运行。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

变电站巡视机器人采用混合观测装置检测位置信息的方法，将初始位置检测闭环控制系统、混合观测器、模型参考归一化算法、模糊控制器、凸极效应补偿控制器和混合观测器结合在一起，以准确、有效的检测变电站巡视机器人的转子位置和速度信息，具体包括如下步骤：

(1)在PMSM转子初始位置检测时采用初始位置跟踪闭环控制系统，首先在电流开环的情况下，在两相旋转坐标系下注入高频电压信号，通过构建转子位置跟踪闭环系统，估计出PMSM转子初始位置；

(2)变电站巡视机器人运行后，采用混合观测器对机器人位置信息进行实时在线检测，所述混合观察器的结构为采用高频注入观测器和滑膜观测器相结合的方式并经过模糊控制器处理检测到的PMSM转子初始位置；

高频注入观测器的检测原理为：通过软件锁相环实现对负序高频电流的相位的跟踪，从而获取矢量角误差，同时采用PI调节器调节矢量角的误差使之趋于零，使PMSM转子位置的估计值收敛于真实值θ_r；

滑膜观测器的检测原理为：首先采用滑膜观测器对扩展反电动势EEMF进行估算，随后通过检测电流和观测电流之间的误差构成模滑面对扩展反电动势EEMF进行观测，以获得转子位置检测值

模糊控制器用于替代传统的加权算法，将高频注入观测器和滑膜观测器的检测误差ε和误差变化率dε作为模糊控制器的输入，PMSM转子位置信息作为模糊控制器的输出；