[发明专利]基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法

权利要求书

1.一种基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：采用三阶超螺旋扩展状态观测器代替线性扩展状态观测器，获得更准确的速度估计信号和更强的干扰估计能力，并且减小线性增益可能引起振荡。

2.根据权利要求1所述的基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：

在dq轴旋转参考系中，内嵌式永磁同步电机的电磁转矩方程为：

其中P_n是极对数，Ψ_m是永磁磁链，L_d和L_q为dq轴，i_d和i_q为dq轴电流，为永磁转矩，为磁阻转矩。

3.根据权利要求2所述的基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：

内嵌式永磁同步电机的机械方程可以写成：

其中J是转动惯量，B是摩擦系数，ω_r是转子机械速度，T_L是负载转矩.上式可以重新写成如下形式：

把所述电磁电机转矩方程和所述机械方程带入上式，考虑电机参数不确定性和外部扰动，关于速度的动态特性模型写成：

其中，c＝B/J，d＝P_n/J，Δa，Δb，Δc以及Δd为参数不确定性，转动惯量J通常变化不会太大能够作为常数考虑。

4.根据权利要求3所述的基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：

速度的动态特性模型中的总体扰动定义为g：

其中和为dq轴电流参考值，g代表作用在速度动态特性上的模型不确定性和外部扰动，速度的动态特性模型化简成：

系统扰动g与转速ω_re，负载转矩T_L，电流误差以及模型参数不确定相关，这些影响因素受限于电机系统的额定参数，因此需要对g进行观测以对未知扰动进行补充。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：

所述三阶超螺旋扩展状态观测器中使用的超螺旋算法起源于二阶滑模控制，所述超螺旋算法在变结构控制中避免了抖振，实现了快速收敛，其控制律如下：

其中s为滑模平面，u为系统状态，ρ为幂指数，α₁和α₂为控制增益。

6.根据权利要求5所述的基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：所述三阶超螺旋扩展状态观测器当在输出估算速度中加入干扰估计项后，扰动是由扩展状态的微分估计的，因其为连续函数而不需要额外滤波处理。

7.根据权利要求1-6中任何一项所述的基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于：

构建所述三阶超螺旋扩展状态观测器如下：

其中是用来观测未知扰动的扩展状态，α₁，α₂和α₃为观测器增益；其误差动态方程可以写成：

当微分收敛后估算状态跟随标准状态得到下式：

其中第二项在收敛后为零，总统扰动可以得到观测；此外作为一个连续函数项，不需额外高频滤波处理；通过定义一个边界常数L且满足并选取如下的三阶超螺旋扩展状态观测器增益，即：

保证三阶超螺旋扩展状态观测器的收敛性和稳定性。

8.一种基于模型的内嵌式永磁同步电机无位置传感器，其特征在于：包括第一部分：建立包含转矩方程和总体扰动的机械模型和第二部分：设计三阶超螺旋扩展状态观测器。