[发明专利]一种基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法

说明书

本发明公开了一种基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法，用于永磁同步电机在无速度传感器运行时，对其转速的检测。本发明在永磁同步电机采用id＝0控制时，基于q轴电流推导出的MRAS基础上，针对常规PID控制器参数整定困难，不能在线自整定等问题，采用单神经元PID控制器对其进行改进。仿真结果表明，采用单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法能快速准确地实现对永磁同步电机转速的估计，为在工业中的实际应用提供理论依据和参考。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体是一种基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法。

背景技术

目前工业控制系统中，较为普遍的是在永磁同步电机的转轴上安装编码器或旋转变压器等机械式转速传感器，用以获得转子的速度和位置信号，但传感器安装会增加整个系统的成本，增加转轴的转动惯量，增加电机的空间尺寸。此外，在恶劣环境下，数字信号处理器和传感器之间的接口电路易受干扰，测量精度易受影响。因此，为克服使用机械式传感器给传动系统带来的以上问题，永磁同步电机无速度传感器控制技术成为当今电机控制领域的一个研究热点。

无速度传感器控制技术是在不安装转速传感器的前提下，将测量得到的电机电压和电流信号，根据电机数学模型估计出转速信号，从而实现对永磁同步电机的闭环控制。根据控制转速的不同，PMSM无速度传感器控制方法可以分为低速和中高速控制方法。在中高速转速估计方法中，基于电机参数的MRAS方法因算法简单等优点成为研究的方向之一，又因PMSM常用的控制策略是id＝0控制，由此可以获得基于q轴电流的MRAS速度估计方法。但是，在此方法中，自适应律是基于常规的PID控制器，参数整定困难，不能准确快速地实现对电机速度估计。

因此，提出一种基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法。

发明内容

本发明针对现有基于常规PID控制器的MRAS速度估计方法中存在的技术问题，提出一种基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法，使系统具有自适应性，能够提高系统对转速估计的精度。

为实现上述的目的，本发明提供如下的技术方案：一种基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法，包括以下步骤。

步骤1：根据永磁同步电机同步旋转坐标系下的数学模型，构建其在采用id＝0矢量控制策略时，基于q轴电流MRAS的参考模型和可调模型。

步骤2：基于Popov超稳定性理论，选择合适的自适应律，得出ω^*的辨识方法。

步骤3：由ω^*的辨识方法得到系统输出广义误差e_i。

步骤4：计算出单神经元PID控制器中状态转换器的3个状态变量x₁(k) x₂(k) x₃(k)。

步骤5：神经元PID控制器的学习算法采用规范化的有监督Hebb学习算法，由此计算出ω^*(k) w′_i(k) w₁(k) w₂(k) w₃(k)的值。

步骤6：采用增强式数字PID控制算法，计算得到神经元PID控制器的输出。

步骤7：对基于单神经元PID控制器的MRAS速度估计方法仿真。

步骤1中，基于q轴电流MRAS的参考模型和可调模型是：

式中，ω ω^*分别是实际和估计的转子角速度；分别是实际和估计的q轴电流；u_q是q轴电压；R是定子绕组电阻；ψ_r是转子磁链；L_s是同步电感。