[发明专利]基于离散矢量PI滑模观测器的IPMSM转速估计方法

说明书

本发明公开了基于离散矢量PI滑模观测器的IPMSM转速估计方法，首先，建立离散时间复矢量IPMSM模型；再根据离散时间复矢量IPMSM模型设计IPMSM离散矢量PI滑模观测器；采用IPMSM离散矢量PI滑模观测器对永磁同步电机进行转速估计。本发明基于离散矢量PI滑模观测器的IPMSM转速估计方法，解决了现有技术中存在的传统滑模观测器存在抖振和相位滞后的问题。

技术领域

本发明属于高性能永磁同步电机控制技术领域，具体涉及基于离散矢量PI滑模观测器的IPMSM转速估计方法。

背景技术

内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM)因其高效率、高功率密度、易于弱磁扩速等特点，在轨道交通、工业控制和家用电器等传动领域得到了广泛应用。无位置传感器技术能够有效降低系统成本、提高系统可靠性。在中、大功率应用以及高速永磁同步电机驱动中逆变器开关频率(f_PWM)与基频的频率比(载波比f_ratio)很低，有时接近甚至小于10；在低载波比条件下，受电流环耦合效应影响，电机的动态性能受到限制。同时，转子位置观测器的设计需要考虑延时和离散化方式对观测精度的影响。通常在连续域内设计位置观测器然后离散，其在载波比较高时控制效果良好，但其精度依赖于离散化方法，且随着载波比降低，将会产生较大的数字控制延迟和离散化截断误差，进而降低位置观测器的有效性。因此，需要对低载波比下IPMSM无位置传感器控制系统进行深入研究，即设计适当的离散转子位置估计方法来实现低载波比下系统稳定性和动态性能。

目前，无位置传感器在中、高速域是根据电机模型观测反电动势，进而获取电机转速及转子位置，如全阶观测器、模型参考自适应和滑模观测器(Sliding Mode Observer，SMO)等。其中，SMO因其抗干扰能力强、动态性能好、对参数变化灵敏度低等优点，被广泛应用于永磁同步电机无传感驱动器中。此外，SMO固有的高频抖振问题一直备受关注，目前通过饱和函数、sigmoid函数以及超扭曲函数代替符号函数作为滑模切换函数，可以在一定程度上削弱抖振。近年来，基于SMO的永磁同步电机无传感器驱动被广泛应用于大功率、高速场合，但存在载波比降低导致滑模观测器性能下降，即当载波比减小时，符号函数的等效开关频率降低，估计电流和反电动势中的谐波增加，使得抖振现象更加严重；此外，基频接近开关频率，降低了低通滤波器的滤波效果。为了提高低载波比下滑模观测器的位置和转速估计性能，本发明提出了一种离散矢量PI(Vector Proportional-integral，VPI)滑模观测器。

发明内容

本发明的目的是提供基于离散矢量PI滑模观测器的IPMSM转速估计方法，解决了现有技术中存在的传统滑模观测器存在抖振和相位滞后的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于离散矢量PI滑模观测器的IPMSM转速估计方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立离散时间复矢量IPMSM模型；

步骤2，根据离散时间复矢量IPMSM模型设计IPMSM离散矢量PI滑模观测器；采用IPMSM离散矢量PI滑模观测器对永磁同步电机进行转速估计。

本发明的特点还在于：

步骤1具体为：

步骤1.1，在静止坐标系下建立基于扩展反电动势的离散时间复矢量IPMSM模型；

离散时间复矢量IPMSM模型具体如下：