[发明专利]带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法

权利要求书

1.一种带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统，包括电流采集模块、Clark变换模块、Park变换模块、反Park变换模块、电机速度控制模块、电机电流控制模块、LC滤波器滑模控制模块、状态观测器模块、锁相环模块、空间矢量脉宽调制模块、数字信号处理器(DSP)、三相逆变器、LC滤波器和表贴式永磁同步电机，

所述的电流采集模块用于采集靠近逆变器端的A相电流信号i_a和B相电流信号i_b，并传输至Clark变换和Park变换模块；

所述的Clark变换模块用于将相电流变换为静止坐标系下的变量；

所述的Park变换模块用于将静止坐标系下的电流变换为旋转坐标系下的变量；

所述的反Park变换模块用于将旋转坐标系下的变量变为静止坐标系下的变量；

所述的电机速度控制模块为比例积分(PI)控制器，用于速度调节处理，并输出电机端电流指令；所述的电机为表贴式永磁同步电机；

所述的电机电流控制模块也采用PI控制器，用于电机端电流调节处理，并输出电机端电压指令，并输入控制LC滤波器的滑模控制模块；

所述的控制LC滤波器的滑模控制模块用于控制输出电压；

所述的状态观测器模块用于估算电机反电势和电机端电流、电压变量；

所述的锁相环模块(PLL)用于估算电机角度和转速；

所述的空间矢量脉宽调制模块利用接收到的电压信号，计算并产生PWM信号，并通过驱动放大电路传输至逆变器的功率开关管；

所述的数字信号处理器(DSP)用于完成所有软件算法；

所述的三相逆变器接收脉宽调制(PWM)信号并控制电机运行；

所述的LC滤波器用于减缓电缆反射效应。

2.一种利用权利要求1所述的系统实现带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述的方法包括如下步骤：

步骤1：使用电流采集模块采集靠近逆变器一侧的A相电流i_a和B相电流i_b，信号进入DSP计算单元中，并进行Clark变换，转换为在静止坐标系下的α轴电流i_iα和β轴电流i_iβ以及旋转坐标系下的d轴电流i_id和q轴电流i_iq；

步骤2：构造龙贝格(Luenberger)形式的状态观测器，状态观测器的形式为：

u＝u_iαβ，y＝i_iαβ，u_iαβ＝[u_iα u_iβ]^T，i_iαβ＝[i_iα i_iβ]^T，

式中，u_iαβ为靠近逆变器端的三相电压信号经过Clark变换而得到的静止坐标系下的分量；为i_iαβ的估计值；为静止坐标系下的电机端电压信号估计值；为静止坐标系下电机端电流的估计值；为电机的在静止坐标系下的反电动势e_αβ的估计值；L矩阵为参数矩阵，L_f和C_f分别为滤波器的电感和电容值；L_s和R_s分别为电机的电感和电阻值；

通过状态观测器，估算出电机在静止坐标系下的反电动势信息和

步骤3：通过步骤2中所得的反电动势信息，通过锁相环(PLL)模块估算出电机转速并对电机转速进行积分运算即得到电机的角度

步骤4：通过对步骤2中所得静止坐标系下的电机端电压和电机电流以及逆变器输入端电流估算值进行Park变换，获知在旋转坐标系下的电机端电压和电机端电流以及逆变器输入端电流估算值；

步骤5：给定速度指令与根据步骤3中所估算出的电机速度作差，然后经过电机速度控制模块，求出电机端电流指令i_q^*；

步骤6：将指令i_d^*设为0，与步骤4中所得作差；经过电机电流控制模块，产生d轴上的端电压指令u_d^*；i_q^*与步骤4中所得作差，经过电机电流控制模块，产生q轴上的端电压指令u_q^*；

步骤7：构造控制LC滤波器的滑模控制模块，滑模控制模块分为内环和外环；选取外环在旋转坐标系下的2个滑模面：

外环的计算式为：

式中，sgn函数为符号函数，k_o和ε_o为所选取的参数；i_id^*和i_iq^*为旋转坐标系下的逆变器输入端电流指令；

步骤8：根据步骤7求得的外环输出，选取内环在旋转坐标系下的2个滑模面：

得到滑模控制模块的内环计算式为：

式中，sgn函数为符号函数，k_i和ε_i为所选取的参数；u_id^*和u_iq^*为旋转坐标系下的逆变器输入端电压指令；

步骤9：u_id^*和u_iq^*经过反Park变换，得到静止坐标系下逆变器输入端电压指令

步骤10：步骤9中求得的电压指令经过空间矢量调制模块(SVPWM)，输出脉宽调制波，从而控制逆变器，并通过逆变器驱动电机和滤波器。