[发明专利]一种基于滑模观测器的无位置传感器控制策略

说明书

本发明提供一种基于滑模观测器的无位置传感器控制策略，包括：建立直驱式波浪能发电装置的动力学模型；将估计电流和定子实测电流之差作为切换函数，控制函数采用常值切换控制，采用自适应数字低通滤波器进行相移补偿，得到动子运动的函数；设计滑膜面；设计控制函数；构建永磁直线发电机在α‑β坐标下的数学模型；设计滑膜观测器；计算永磁直线发电机的位置估算值。本发明依据波浪入射频率和幅值，构造直驱式波浪能发电装置的最优功率输出条件，通过估算永磁直线电机动子的位置解决在实际海浪情况下无法安装传感器的问题。

技术领域

本发明涉及新能源应用技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于滑模观测器的无位置传感器控制策略。

背景技术

基于滑模观测器的无位置传感器控制技术作为一种最大波能捕获控制算法，目前还未广泛应用在新能源领域。然而波浪能发电的关键技术就是提高波浪发电系统的功率捕获和能量转换效率，要想实现波浪能的最大波能捕获，需使波能转换系统的运动频率与海浪的运动频率相等，即达到共振来实现波浪能的最大波能捕获，而准确获取电机的动子位置进行实时控制在海浪能发电领域也就尤为重要。考虑到直线发电机的特性和波能转换系统的动力学模型，通过无位置传感器控制，改变能量传输系统的运动频率，达到最大的能量输出。

在高性能海浪能系统中，一般通过在动子轴上安装机械式传感器来获得永磁直线发电机的速度和位置信息，以实现高性能的转速和位置闭环控制。传统的检测电机转速和位置多采用光电编码器或者旋转变压器等机械传感器。这些机械传感器在实际应用中存在许多问题：高精度、速度快的传感器成本较高；机械传感器安装在电机轴上，可能出现同轴度的问题，安装不当容易与实际动子位置存在偏差；机械传感器的使用增加了系统的控制接口和接线，降低了系统的可靠性；机械传感器自身容易受到环境情况影响，性能不够稳定。

发明内容

为了避免电机控制系统使用机械传感器带来的问题，因此采用无位置传感器控制方法可以弥补现有技术的不足。本发明提供一种基于滑模观测器的无位置传感器控制策略。本发明依据波浪入射频率和幅值，构造直驱式波浪能发电装置的最优功率输出条件，通过估算永磁直线电机动子的位置解决在实际海浪情况下无法安装传感器的问题。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于滑模观测器的无位置传感器控制策略，包括如下步骤：

S1、建立直驱式波浪能发电装置的动力学模型；

S2、将估计电流和定子实测电流之差作为切换函数，控制函数采用常值切换控制，采用自适应数字低通滤波器进行相移补偿，得到动子运动的函数；

S3、设计滑膜面；

S4、设计控制函数；

S5、构建永磁直线发电机在α-β坐标下的数学模型；

S6、设计滑膜观测器；

S7、计算永磁直线发电机的位置估算值。

进一步地，所述步骤S1具体实现方法为：

根据牛顿第二定律，海浪能发电能量传输系统的动力学方程为：

其中,f_e为海浪激励力；f_g为永磁直线电机产生的电磁力的反作用力；f_r为浮子运动产生的辐射力；f₀为摩擦力；f_h为浮力；m为浮体的质量；m_∞为附加质量；t为时间；a为发电机动子的位移；具体的：

浮力f_h表示为：

f_h＝-k_ha(t) (2)

其中,k_h为海水浮力的等效弹性刚度；