一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法与流程

1.本发明涉及电机控制领域，尤其是涉及一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法。


背景技术：

2.目前为止，国内外学者研究的永磁同步电机无位置传感器控制方法主要分为两大类，第一类是信号注入法(凸极结构)，第二类是基波模型法，常用的基波模型法有直接计算法、卡尔曼滤波器法、状态观测器、模型参考自适应、智能控制和滑模观测器。
3.滑模观测器(sliding mode observer，smo)是一种非线性控制系统，对参数变化不敏感、抗扰能力强且对系统模型精度要求不高，但使用该方法的电机运行过程中会出现抖振，影响无位置传感器控制系统的稳定性。滑模观测器因其具有较强的鲁棒性以及快速收敛的特点而且结构简单的优点受到广泛关注。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的使用滑模观测器的电机运行过程中会出现抖振，影响无位置传感器控制系统的稳定性的缺陷而提供一种基于型滑模观测器的永磁同步电机控制方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，在滑模观测器中加入优化函数，同时采用超螺旋算法(super-twisting)作为滑模观测器的核心算法，对永磁同步电机的电动势进行计算，得到永磁同步电机的控制指令，根据控制指令对永磁同步电机进行控制。
7.所述滑模观测器中加入的优化函数具体为sigmoid函数。
8.所述超螺旋算法计算永磁同步电机的电动势时的输入量包括第一电压和第二电压。
9.进一步地，所述第一电压和第二电压从同一个端口输入。
10.进一步地，所述超螺旋算法计算永磁同步电机的电动势时的输入量还包括与第一电压和第二电压对应的第一电流和第二电流。
11.进一步地，所述第一电流和第二电流从同一个端口输入。
12.进一步地，所述第一电流和第二电流输入的端口与第一电压和第二电压输入的端口为不相同的两个端口。
13.所述超螺旋算法计算的永磁同步电机的电动势具体为扩展反电动势。
14.进一步地，所述扩展反电动势包括第一扩展反电动势和第二扩展反电动势。
15.所述永磁同步电机设有额定电机转速和负载转矩。
16.进一步地，所述负载转矩包括初始负载转矩和运行负载转矩。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.本发明在滑模观测器中加入优化函数，采用超螺旋算法作为滑模观测器的核心算法，对永磁同步电机的电动势进行计算，有效削弱了滑模观测器的抖振，改善滑模控制系统的性能；同时有效提高了永磁同步电机转速的稳定性，明显降低转速估计误差，优化了转子位置的跟踪，增强了电机的稳态性能及抗干扰能力。
附图说明
19.图1为本发明滑模观测器仿真模块的结构示意图；
20.图2为本发明实施例中传统滑模观测器转速仿真的示意图；
21.图3为本发明实施例中滑模观测器改进后转速仿真的示意图；
22.图4为本发明实施例中传统滑模观测器转速误差仿真的示意图；
23.图5为本发明实施例中滑模观测器改进后转速误差仿真的示意图；
24.图6为本发明实施例中传统滑模观测器转子位置仿真的示意图；
25.图7为本发明实施例中滑模观测器改进后转子位置仿真的示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
27.实施例
28.如图1所示，一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，设计简约，便于快速复现以及投入工业生产，在滑模观测器中加入优化函数，同时采用超螺旋算法作为滑模观测器的核心算法，对永磁同步电机的电动势进行计算，得到永磁同步电机的控制指令，根据控制指令对永磁同步电机进行控制。
29.滑模观测器中加入的优化函数具体为sigmoid函数。
30.超螺旋算法计算永磁同步电机的电动势时的输入量包括第一电压u
alpha
和第二电压u
beta
。
31.第一电压和第二电压从同一个端口输入。
32.超螺旋算法计算永磁同步电机的电动势时的输入量还包括与第一电压和第二电压对应的第一电流i
alpha
和第二电流i
beta
。
33.第一电流和第二电流从同一个端口输入。
34.第一电流和第二电流输入的端口与第一电压和第二电压输入的端口为不相同的两个端口。
35.超螺旋算法计算的永磁同步电机的电动势具体为扩展反电动势。
36.扩展反电动势包括第一扩展反电动势e
alpha
和第二扩展反电动势e
beta
。
37.永磁同步电机设有额定电机转速和负载转矩。
38.负载转矩包括初始负载转矩和运行负载转矩。
39.具体实施时，在matlab/simulink仿真平台上搭建了滑模观测器改进前与后的仿真模型，额定电机转速为800r/min，初始负载转矩为0n/m，0.05s时将负载转矩由0升至0.5n/m。
40.如图2和图3所示，使用传统smo，转速在890r/min～710r/min范围内波动，响应时间在0.025s后转速才趋于稳定；而改进super-twisting smo转速仿真的转速运行范围为850r/min～770r/min，响应时间在0.007s时转速就已趋于稳定。
41.如图4所示，转速估计误差信号的误差较大范围在-15r/min～25r/min之间，如图5所示，转子转速误差在-10r/min～20r/min之间，说明优化后的转速误差比较优化前有较大的改善。
42.如图6所示，位置估计误差信号优化前的估计位置与实际位置的误差较大，如图7所示，估计转子位置与实际位置的曲线较贴合，说明了优化后的估计位置能很好地跟踪实际转子位置。
43.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，所取名称可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例说明。凡依据本发明构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，在滑模观测器中加入优化函数，同时采用超螺旋算法作为滑模观测器的核心算法，对永磁同步电机的电动势进行计算，得到永磁同步电机的控制指令，根据控制指令对永磁同步电机进行控制。2.根据权利要求1所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述滑模观测器中加入的优化函数具体为sigmoid函数。3.根据权利要求1所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述超螺旋算法计算永磁同步电机的电动势时的输入量包括第一电压和第二电压。4.根据权利要求3所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述第一电压和第二电压从同一个端口输入。5.根据权利要求4所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述超螺旋算法计算永磁同步电机的电动势时的输入量还包括与第一电压和第二电压对应的第一电流和第二电流，所述第一电流和第二电流从同一个端口输入。6.根据权利要求5所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述第一电流和第二电流输入的端口与第一电压和第二电压输入的端口为不相同的两个端口。7.根据权利要求1所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述超螺旋算法计算的永磁同步电机的电动势具体为扩展反电动势。8.根据权利要求7所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述扩展反电动势包括第一扩展反电动势和第二扩展反电动势。9.根据权利要求1所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机设有额定电机转速和负载转矩。10.根据权利要求9所述的一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，所述负载转矩包括初始负载转矩和运行负载转矩。

技术总结
本发明涉及一种基于新型滑模观测器的永磁同步电机控制方法，在滑模观测器中加入优化函数，同时采用超螺旋算法作为滑模观测器的核心算法，对永磁同步电机的电动势进行计算，得到永磁同步电机的控制指令，根据控制指令对永磁同步电机进行控制。与现有技术相比，本发明具有削弱滑模观测器的抖振，改善滑模控制系统的性能；同时有效提高了永磁同步电机转速的稳定性，明显降低转速估计误差，优化转子位置的跟踪，增强电机的稳态性能及抗干扰能力等优点。点。点。


技术研发人员：沙林林 宋毅 宋泽航 姚晓东
受保护的技术使用者：佛山市高明区明戈新型电机电控研究院
技术研发日：2022.01.18
技术公布日：2022/4/12