[发明专利]一种无刷直流电机的无位置传感器控制策略

说明书

本发明涉及一种无刷直流电机的无位置传感器控制策略，属于电机控制技术领域。首先以线电流为状态变量推导状态方程，由此设计滑模观测方程与滑模观测误差方程；其次设计多阶滑模面与自适应趋近律，结合观测误差方程构造滑模控制律以求取线反电势的估计初值，使用李雅普诺夫函数验证系统稳定性；之后设计变参数卡尔曼滤波器对估计初值进行滤波处理，得到线反电势的估计终值；最后根据线反电势的估计终值实现转子位置检测与转速计算。本发明抑制了滑模控制的抖振问题，提高了转子位置与转速的估计精度。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种无刷直流电机的无位置传感器控制策略。

背景技术

目前无刷直流电机应用越来越普遍，电机本体与控制器采用一体化结构，整体体积过大会限制其应用范围。传统位置传感器存在增大系统整体体积、恶劣环境下精度不足的问题，由此使得无位置传感器控制技术成为研究热点。

目前的无刷直流电机无位置传感器技术中应用最广泛的是反电势法，它通过检测电机反电势过零点获取换相点，具体包括端电压法、续流二极管法、反电势三次谐波法和线反电势法。传统反电势法都是通过搭建硬件电路得到反电势过零点，增加了控制器的复杂程度，而且在得到相反电势过零点后还需要人为延迟30°电角度得到换相点，误差较大。

通过观测器求取电机线反电势不仅可以避免添加硬件电路，并且线反电势过零点与换相点直接对应，不需要人为延迟，精度更高。观测器算法主要有滑模算法、模型参考自适应算法等。滑模算法具有对系统参数变化不敏感、响应迅速的优点，在电机反电势检测领域得到广泛应用。但滑模控制自带的抖振问题会给系统造成危害，并且其观测结果中含有高频谐波，需要低通滤波器进行滤波，但低通滤波器的使用会产生相位延迟，由此导致转子位置检测的精度不足。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无刷直流电机的无位置传感器控制策略，针对滑模观测器求取电机线反电势时引发的抖振问题以及结果中包含有高频谐波，需要低通滤波器滤波从而导致相位延迟的问题，提出一种基于滑模观测器与卡尔曼滤波器的新型无位置传感器控制策略，设计多阶自适应滑模观测器求取电机线反电势并使用变参数卡尔曼滤波器对观测结果进行滤波，有效抑制了滑模控制自带的抖振问题，降低滑模观测器观测结果中的高频分量，提高了转子位置和转速的估计精度。

技术方案

一种无刷直流电机的无位置传感器控制策略，其特征在于步骤如下：

步骤1：以线电流为状态变量推导电机状态方程，设计滑模观测器的观测方程与观测误差方程；

步骤2：设计多阶滑模面与自适应趋近律，构成滑模控制律；计算滑模控制律获取线反电势的估计初值：

其中：c₁、c₂大于0，s＝[s_ab s_bc]^T，x表示线电流的观测误差，h₁满足v＝[v_ab v_bc]^T；

所述为引入了线电流观测误差的一阶导数项和积分项的多阶滑模面；

所述为在增益项中引入线电流观测误差及其一阶导数项的自适应趋近律，k₁、k₂、k₃＞0；

所述为自适应趋近律中使用一个变斜率饱和函数simgode(s)代替传统的开关函数sgn(s)，a＞0；

所述自适应趋近律中使用一个变斜率饱和函数simgode(s)代替传统的开关函数sgn(s)，其中a＞0；

步骤3：采用变参数卡尔曼滤波器对线反电势的估计初值进行滤波处理，得到线反电势的估计终值