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专利号: 2020109858244
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水下机器人推进系统无位置传感器控制方法,其特征在于,该方法包含下列步骤:(1)实时获取永磁同步电机的三相相电压和三相相电流;

(2)将所得三相相电压和三相相电流,经过3/2变换,转变为在两相静止坐标系的定子电压和电流uα、uβ、iα、iβ;其中,将永磁同步电机在三相坐标系中数学模型等效为两相静止坐标系中数学模型的变换称为3/2变换;两相静止坐标系是指电机的αβ坐标系;αβ坐标系包括α轴和β轴,α轴指向定子的A相,β轴与α轴垂直;根据永磁同步电机在两相静止坐标系下的电压方程构建龙伯格观测器;

(3)将两相静止坐标系的定子电压和电流uα、uβ、iα、iβ经过Park变换为两相旋转坐标系下的定子电压和电流ud、uq、id、iq;其中,将两相静止坐标系中数学模型转换为两相旋转坐标系中的变换称为Park变换;两相旋转坐标系是指电机的dq坐标系;dq坐标系包括d轴和q轴,两轴没有固定方向,但相互垂直;根据永磁同步电机在两相旋转坐标系下的电压方程构建仿射投影算法,将ud、uq、id、iq作为仿射投影算法的输入,利用仿射投影算法计算得到电机的定子电阻 和直轴电感(4)通过仿射投影算法计算得到的电机定子电阻 和直轴电感 替换所建立的龙伯格观测器参数中的电机定子电阻Rs和电机定子电感Ls,得到一种自适应的龙伯格观测器,输出得到电机相反电动势估算值(5)通过构建的自适应龙伯格观测器得到电机相反电动势估算值 利用双向无误差型锁相环,将电机相反电动势估算值 作为双向无误差型锁相环的输入,估算得到电机转子速度ωe和位置信息(6)利用双向无误差型锁相环估算得到的电机转子速度ωe和位置信息 形成转速闭环;两相旋转坐标系下的电流id、iq经电流闭环输出得到两相旋转坐标系下的定子电压ud、uq;再将ud、uq经过反Park变换得到两相静止坐标系的定子电压uα、uβ;其中,将两相旋转坐标系中数学模型转换为两相静止坐标系中的变换称为反Park变换;最终uα、uβ经过SVPWM调制获得PWM控制信号,通过逆变器实现永磁同步电机无位置传感器控制。

2.如权利要求1所述的水下机器人推进系统无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤(2)中,其中龙伯格观测器的建立包括以下步骤:(2.1)构建在两相静止坐标系下永磁同步电机的电压方程:

其中,uα、uβ、iα、iβ为三相相电压和三相相电流经过3/2变换得到的两相静止坐标系下的定子电压和电流,Rs为电机定子电阻,Ls为电机定子电感,eα、eβ为两相静止坐标系下的反电动势;其中:其中,ωe为转子电角速度,ψf为永磁磁链,θe为等效反电动势的相角值;

(2.2)渐进状态观测器理论解决了线性系统在满足可观性条件下的状态重构问题,渐进状态观测器的状态方程定义为:其中,为状态观测值,x为状态实际值, 为输出观测值,y为输出实际值,u为输入实际值,A为状态观测值矩阵,B为输入值矩阵,K为误差反馈系数矩阵;

(2.3)通过渐进状态观测器理论构建龙伯格观测器:

其中, 是两相静止坐标系下相电流的估算值, 是两相静止坐标系下相反

电动势的估算值。

3.如权利要求1所述的水下机器人推进系统无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤(3)中,仿射投影算法的构建具体有以下步骤:(3.1)构建在两相旋转坐标系下永磁同步电机的电压方程:

其中,ud、uq、id、iq为两相旋转坐标系下的定子电压和电流,p为微分算子;

(3.2)根据两相静止坐标系到两相旋转坐标系的关系可构建两相旋转坐标系下的反电动势ed,eq:(3.3)构建永磁同步电机在两相旋转坐标系下的电流离散模型:

其中,id(n)和iq(n)是第n个控制周期的dq轴电流,ud(n)和uq(n)为第n个控制周期的dq轴电压;ωe(n)为第n个控制周期的估算转速;ed(n)和eq(n)为第n个控制周期的dq轴反电动势,Ts是控制的周期, 是带估算直轴电感, 是待估算定子电阻;

(3.4)构建仿射投影算法的输入输出矩阵;

计算得到估算直轴电感 和估算定子电阻 参数值。

4.如权利要求1所述的水下机器人推进系统无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤(4)中,自适应龙伯格观测器的建立具体有以下步骤:(4.1)通过仿射投影算法计算得到的直轴电感 和定子电阻

替换所建立的龙伯格观测器参数中的电机定子电阻Rs和电机定子电感Ls,得到自适应龙伯格观测器模型,输出得到电机相反电动势估算值

5.如权利要求1所述的水下机器人推进系统无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤(5)中,双向无误差型锁相环构建具体有以下步骤:(5.1)由自适应龙伯格观测器得到相反电动势的观测估算值

(5.2)将观测估算值 作为输入;在锁相环原理中,其结构分为三个部分:鉴相器、压控震荡器和环路滤波器;其中,锁相环中的鉴相器作用是检测输入信号和输出信号的相位差,并将检测出的相位差信号转换成电压信号输出,该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压,对振荡器输出信号的频率实施控制;在永磁同步电机无位置控制中,实际转子位置与估计转子位置间的比较环节相当于鉴相器,从转速到转子位置的一次积分相当于压控振荡器,PI调节相当于环路滤波器;双向无误差型锁相环与传统锁相环相比,体现在鉴相器的不同,也就是位置误差信号不同;双向无误差型锁相环的位置误差信号为:其中,eθ为位置误差信号, 为估算转子角度;

(5.3)eθ位置误差信号通过PI调节器后估算出转速ωe,再对转速进行积分得到转子位置