CN108880385A - 一种永磁同步电机的智能控制方法 - Google Patents

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迟长春
张贤
刘佳
郭振涛
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

本发明公开一种永磁同步电机的智能控制方法，目的在于寻找更为有效的永磁同步电机的控制的实现方案，其包括如下步骤：从电机中获得定子电压，并将定子电压输入滑模电流观测器得到估算电流，将估算电流与实际电流做差后输入至基于正弦饱和函数的反电势观测器得到估算反电势并将估算反电势经过变截止低通滤波器得到滤波电动势，根据反正切方法并基于滤波电动势得到电机的转子角度，根据微分方法和滞后补偿方法并基于滤波电动势得到转速。本发明通过基于正弦饱和函数的反电动势观测器取代开关函数来减小电机的抖振，同时还用变截止低通滤波器来进一步消除高频反电势信号，提高了可靠性，具有良好的工程意义。

Description

一种永磁同步电机的智能控制方法
技术领域
本发明涉及控制领域，具体而言，本发明涉及一种永磁同步电机的智能控制方法。
背景技术
目前永磁同步电动机运用广泛，其电机的传动***在一般情况下需要在电动机转子轴上安装机械传感器,以测量电动机的转子速度和位置。这些机械传感器常是编码器、解算器和测速发电机。机械传感器提供电动机所需的转子信号，但也给传动***带来了一系列问题，譬如，机械传感器增加了电动机转轴上的转动惯量,加大了电动机的空间尺寸和体积以及机械传感器使用条件如温度、湿度和振动的限制，传动***不能广泛适应于各种场合。
部分改进方式是采用如图1所示的传统滑模控制方式，其利用滑模电流观测器得到电流估计值，然后将电流估计值和电流实际值经过开关函数后得到反电势估算值，接着反电势估算值经过低通滤波器过滤掉高频信号后得到滤除反电势，最后对滤除反电势通过反正切，也即转子速度估算，得到电机运行的转子速度，以及通过微分，也即转子位置估算，得到转子角度，当然在一些实施方式中需要对转子角度做滞后补偿。值得注意的是，传统滑模控制中在克服机械传感器弊端的同时也带来了如下两个问题：
第一，由于控制***的不理想因素，会有抖振的现象；
第二，在电机实际运行的过程中电机的实际电阻和电感会发生变化。在低速时，定子电阻会随温度的升高而变化，在高温时，电机的电感会随温度的升高而变化，这会对影响滑模观测器的估算精度。
发明内容
为了寻找更为有效的永磁同步电机的控制的实现方案，本发明提供了一种永磁同步电机的智能控制方法。
为实现上述目的，本发明一种永磁同步电机的智能控制方法，其包括如下步骤：
从电机的α轴、β轴中获得定子电压uα和定子电压uβ，并将所述定子电压uα和所述定子电压uβ输入滑模电流观测器得到估算电流和估算电流
将所述估算电流和所述估算电流与所述电机的实际电流iα和实际电流iβ做差后得到电流差值和电流差值
将所述电流差值和所述电流差值输入至基于正弦饱和函数的反电势观测器得到估算反电势zα和估算反电势zβ，并将所述估算反电势zα和所述估算反电势zβ经过变截止低通滤波器得到滤波电动势和滤波电动势
根据反正切方法并基于所述滤波电动势和所述滤波电动势得到所述电机的转子角度根据微分方法以及滞后补偿并基于所述滤波电动势和所述滤波电动势得到所述电机的转速
优选地，所述将所述估算电流和所述估算电流与所述电机的实际电流iα和实际电流iβ做差后得到电流差值和电流差值之后，包括如下步骤：
基于所述定子电压uα、定子电压uβ、估算电流估算电流实际电流iα、实际电流iβ、电流差值以及电流差值并采用公式(1)和(2)得到电阻估计值和电感估计值：
使用电阻估计值和电感估计值更新所述滑模电流观测器中预设的电阻值和预设的电感值；
其中，
K为常数，是代表电阻估计值；是电感估计值；Ls为预设电感值，代表电感估计值和预设电感值的差值。
优选地，所述变截止频率低通滤波器和所述滞后补偿的传递函数均为：
其中，Wref是电机的转速，满足kf为转矩参数；ke为反电动势常数。
优选地，当电机的转速Wref为每分钟1000转时，所述转矩参数kf为20，所述反电动势常数ke为2。
与现有技术相比，本发明一种永磁同步电机的智能控制方法具有如下有益效果：
本发明一种永磁同步电机的智能控制方法通过基于正弦饱和函数的反电动势观测器取代开关函数来减小电机的抖振，同时还用变截止低通滤波器来进一步消除高频反电势信号，提高了可靠性，具有良好的工程意义。
本发明一种永磁同步电机的智能控制方法通过电阻电感估算模块不断更新模电流观测器中电阻值和电感值，克服了温度以及转速对滑模电流观测器的估算精度的影响，提高控制精度。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为传统滑模控制方式的模块结构示意图；
图2为本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法的模块结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
请参阅图2，本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法，其应用于如图2所示的滑模控制装置中，其包括滑模电流观测器、用于更新滑模电流观测器电阻和电感的且与滑模电流观测器连接的电阻电感估算模块、减法器、基于正弦饱和函数的反电动势观测器、变截止低通滤波器、转子速度估计、转子位置估算、滞后补偿以及补偿计算器，其中，滑模电流观测器、减法器、基于正弦饱和函数的反电动势观测器以及变截止低通滤波器顺次连接；转子速度估计、转子位置估算分别与变截止低通滤波器连接；转子位置估算、滞后补偿分别与补偿计算器连接。
下面以本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法应用滑模控制装置为例进行解释说明，如图2所示，本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法包括如下步骤：
从电机的α轴、β轴中获得定子电压uα和定子电压uβ，并将定子电压uα和定子电压uβ输入滑模电流观测器得到估算电流和估算电流
将估算电流和估算电流与电机的实际电流iα和实际电流iβ做差后得到电流差值和电流差值
将电流差值和电流差值输入至基于正弦饱和函数的反电势观测器得到估算反电势zα和估算反电势zβ，并将估算反电势zα和估算反电势zβ经过变截止低通滤波器得到滤波电动势和滤波电动势
根据反正切方法并基于滤波电动势和滤波电动势得到电机的转子角度根据微分方法以及滞后补偿并基于滤波电动势和滤波电动势得到电机的转速
在一些实施方式中，在将估算电流和估算电流与电机的实际电流iα和实际电流iβ做差后得到电流差值和电流差值之后，包括如下步骤：
基于定子电压uα、定子电压uβ、估算电流估算电流实际电流iα、实际电流iβ、电流差值以及电流差值并采用公式(1)和(2)得到电阻估计值和电感估计值：
使用电阻估计值和电感估计值更新滑模电流观测器中预设的电阻值和预设的电感值；
其中，
K为常数，是代表电阻估计值；是电感估计值；Ls为预设电感值，代表电感估计值和预设电感值的差值。
优选地，变截止频率低通滤波器和滞后补偿的传递函数均为：
其中，Wref是电机的转速，满足kf为转矩参数；ke为反电动势常数。
示例地，当电机的转速Wref为每分钟1000转时，转矩参数kf为20，反电动势常数ke为2。
与现有技术相比，本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法具有如下有益效果：
本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法通过基于正弦饱和函数的反电动势观测器取代开关函数来减小电机的抖振，同时还用变截止低通滤波器来进一步消除高频反电势信号，提高了可靠性，具有良好的工程意义。
本发明实施例一种永磁同步电机的智能控制方法通过电阻电感估算模块不断更新模电流观测器中电阻值和电感值，克服了温度以及转速对滑模电流观测器的估算精度的影响，提高控制精度。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机的智能控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机的智能控制方法包括如下步骤：
从电机的α轴、β轴中获得定子电压uα和定子电压uβ，并将所述定子电压uα和所述定子电压uβ输入滑模电流观测器得到估算电流和估算电流
将所述估算电流和所述估算电流与所述电机的实际电流iα和实际电流iβ做差后得到电流差值和电流差值
将所述电流差值和所述电流差值输入至基于正弦饱和函数的反电势观测器得到估算反电势zα和估算反电势zβ，并将所述估算反电势zα和所述估算反电势zβ经过变截止低通滤波器得到滤波电动势和滤波电动势
根据反正切方法并基于所述滤波电动势和所述滤波电动势得到所述电机的转子角度根据微分方法以及滞后补偿并基于所述滤波电动势和所述滤波电动势得到所述电机的转速
2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机的智能控制方法，其特征在于，所述将所述估算电流和所述估算电流与所述电机的实际电流iα和实际电流iβ做差后得到电流差值和电流差值之后，包括如下步骤：
基于所述定子电压uα、定子电压uβ、估算电流估算电流实际电流iα、实际电流iβ、电流差值以及电流差值并采用公式(1)和(2)得到电阻估计值和电感估计值：
使用电阻估计值和电感估计值更新所述滑模电流观测器中预设的电阻值和预设的电感值；
其中，
K为常数，是代表电阻估计值；是电感估计值；Ls为预设电感值，代表电感估计值和预设电感值的差值。
3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机的智能控制方法，其特征在于，所述变截止频率低通滤波器和所述滞后补偿的传递函数均为：
其中，Wref是电机的转速，满足kf为转矩参数；ke为反电动势常数。
4.如权利要求3所述的一种永磁同步电机的智能控制方法，其特征在于，当电机的转速Wref为每分钟1000转时，所述转矩参数kf为20，所述反电动势常数ke为2。
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