[发明专利]无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识方法

摘要

无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识方法，首先在静止坐标系下给出转子磁链的参考模型和观测模型，克服纯积分环节的初值及累计误差的影响；然后，为有效提高转速辨识响应的快速性以及对参数变化的鲁棒性，采用滑模变结构控制律替代传统的PI自适应律，设计出一种变结构模型参考自适应速度辨识器；同时，以具有光滑连续特性的Sigmoid()指数函数为滑模变结构控制函数，来有效克服传统所使用的符号函数引起的系统抖振现象及其给辨识转速带来的高次谐波影响，从而有效提高转速的辨识跟踪精度，属于新型特种电机的检测控制技术领域，尤其适用于无轴承异步电机的低成本无传感器控制应用场合。

主权项

1.无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立无轴承异步电机转矩系统转子磁链的参考模型和观测模型设定α‑β为静止两相正交坐标系，其α坐标轴与三相无轴承异步电机A相转矩绕组的轴线方向一致，β坐标轴在α坐标轴的逆时针垂直方向，建立无轴承异步电机转子磁链的电压模型和电流模型：式（1）为电压模型，式（2）为电流模型，式（1）和式（2）中，分别为转子磁链的α、β轴分量；u_s1α、u_s1β分别为转矩绕组电压的α、β轴分量；i_s1α、i_s1β分别为转矩绕组电流的α、β轴分量；R_s1、R_r1分别为转矩系统的定子电阻、转子电阻；L_s1、L_r1、L_m1分别为转矩系统的定子自感、转子自感、定转子互感；ω_r为转子旋转角速度；T_r1=L_r1/R_r1为转子时常；为漏感系数；p为微分算子；以式（1）作为转子磁链的参考模型；并用辨识转速替换式（2）中的转速变量ω_r，得到转子磁链的观测模型：式（3）中，为α‑β坐标系中转子磁链分量的观测值；为辨识转速；步骤二、建立无轴承异步电机MRAS转速辨识的滑模变结构优化自适应律定义转子磁链参考模型所输出的转子磁链与转子磁链观测模型所输出的转子磁链之间的误差函数为滑模面切换函数S：式（6）中，为α‑β坐标系中转子磁链分量参考值；为α‑β坐标系中转子磁链分量的观测值；建立MRAS转速辨识的滑模变结构自适应律：式（14）中，N>0，sign( )为符号函数；为等效辨识转速；采用具有连续光滑特性的sigmoid函数替换式（14）中的符号函数sign(S)，得到滑模变结构优化自适应律：式（17）中，为等效辨识转速； A>0；M为连续Sigmoid函数，其表达式为：式（18）中，a为大于零的常数；为α‑β坐标系中转子磁链分量参考值；为α‑β坐标系中转子磁链分量的观测值；然后采用低通滤波器对式（17）所得的等效辨识转速进行滤波处理，即可得到辨识转速，采用的低通滤波器模型为：式（16）中，T为低通滤波器时间常数；S为滑模面切换函数；为等效辨识转速；为经过低通滤波器处理之后得到的辨识转速；步骤三、建立无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识器将α‑β静止两相正交坐标系中转矩绕组的定子电压分量u_s1α、u_s1β和定子电流分量i_s1α、i_s1β送入转子磁链的参考模型，得到转子磁链分量参考值；将定子电流分量i_s1α、i_s1β和上一个采样周期的辨识转速送入转子磁链的观测模型，得到当前采样周期的转子磁链分量观测值；对于初始采样周期，采用预先设定的辨识转速初始值ω₀替代上一个采样周期的辨识转速；然后将转子磁链分量参考值和当前采样周期的转子磁链分量观测值送入滑模变结构优化自适应律，将其输出的等效辨识转速送入步骤二的低通滤波器，得到当前采样周期的辨识转速；再通过当前采样周期的辨识转速替换上一个采样周期的辨识转速，得到下一个采样周期的辨识转速，重复上述过程即可持续得到后续每个采样周期的辨识转速，从而实现无轴承异步电机的滑模变结构MRAS转速辨识。