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专利号: 2022112835302
申请人: 武汉工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进滑膜观测器的PMSM控制系统,包括电流采样模块、Clark变换模块、Park变换模块、改进滑膜观测器、第一PI控制器、第二PI控制器、第三PI控制器、Anti‑Park模块、空间矢量脉宽调制SVPWM模块、以及逆变器模块,其特征在于,电流采样模块分别连接Clark变换模块和逆变器模块,用于采集PMSM在三相静止坐标系(即abc轴)下的相电流Ia和Ib;

Clark变换模块分别连接Park变换模块和改进滑膜观测器,用于对电流采样模块得到的PMSM在三相静止坐标系下的相电流Ia和Ib进行Clark变换处理,以分别得到PMSM在两相静止坐标系下的相电流Ialpha和Ibeta。

Park变换模块分别连接第二PI控制器和第三PI控制器,用于对Clark变换模块得到的两相静止坐标系下的相电流Ialp和Ibeta进行Park变换处理,以分别得到PMSM在两相旋转坐标系下的相电流Ido和Iqo;

改进滑膜观测器连接第一PI控制器,用于对Clark变换得到的两相静止坐标系下的相电流Ialpha和Ibeta以及Anti‑Park变换得到的PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta进行处理,以分别得到PMSM的观测角度θ和观测角速度ωeo;

第一PI控制器连接第二PI控制器,用于对PMSM的目标速度Nref和改进滑膜观测器的观测角速度ωeo的差值以及差值的变化量进行PI处理,以得到PMSM在交轴下的目标电流值Iqref;

第二PI控制器连接Anti‑Park变换模块,用于对PMSM在直轴下的目标电流Idref和PMSM在两相旋转坐标系下的相电流Ido的差值进行PI处理,以得到PMSM在直轴下的目标电压值Ud;

第三PI控制器连接Anti‑Park变换模块,用于对PMSM在交轴下的目标电流值Iqref和PMSM在两相旋转坐标系下的相电流Iqo的差值进行PI处理,以得到PMSM在交轴下的目标电压值Uq;

Anti‑Park变换模块连接SVPWM模块,用于对第二PI控制器得到的PMSM在直轴下的目标电压值Ud和第三PI控制器得到的PMSM在交轴下的目标电压值Uq进行Anti‑Park变换处理,以得到PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta;

SVPWM模块连接逆变器模块,用于根据Anti‑Park变换模块得到的PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta、以及改进滑膜观测器得到的观测角度θ获取目标脉冲信号,并通过该目标脉冲信号控制逆变器模块,进而实现对PMSM的矢量控制。

2.一种根据权利要求1所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)通过电流采样模块采集PMSM在三相静止坐标系(即abc轴)下的相电流Ia和Ib;

(2)通过Clark变换模块对步骤(1)得到的PMSM在三相静止坐标系下的相电流Ia和Ib进行Clark变换处理,以得到PMSM在两相静止坐标系下的相电流Ialpha和Ibeta。

(3)判断是否需要启动无感控制,若是则转入步骤(4),否则PMSM停止运行,过程结束;

(4)通过改进滑膜观测器根据步骤(2)得到PMSM在两相静止坐标系下的相电流Ialpha和Ibeta、以及Anti‑Park变换模块得到的PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta获取PMSM的观测角度θ和观测角速度ωeo。

(5)通过Park变换模块对步骤(2)得到的PMSM在两相静止坐标系下d相电流Ialpha和Ibeta、以及步骤(4)得到的PMSM的观测角度θ进行Park变换处理,以得到PMSM在两相旋转坐标系下的相电流Ido和Iqo;

(6)通过第一PI控制器对PMSM的目标速度Nref和改进滑膜观测器的观测角速度ωeo的差值以及差值的变化量进行模糊PI处理,以得到PMSM在交轴下的目标电流值Iqref;

(7)通过第三PI控制器对步骤(6)得到的PMSM在交轴下的目标电流值Iqref和步骤(5)得到的PMSM在两相旋转坐标系下的相电流Iqo的差值进行PI处理,以得到PMSM在交轴下的目标电压值Uq;同时通过第二PI控制器对PMSM在直轴下的目标电流值Idref和步骤(5)得到的PMSM在两相旋转坐标系下的相电流Ido的差值进行PI处理,以得到PMSM在直轴下的目标电压值Ud;

(8)通过Anti‑Park变换模块对步骤(7)得到的PMSM在交直轴下的目标电压值Uq和Ud、以及步骤(4)得到的PMSM的观测角度θ进行Anti‑Park变换处理,以得到PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta;

(9)通过SVPWM模块对步骤(8)得到的PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta进行矢量脉冲宽度调制处理,以获取目标脉冲信号,并通过该目标脉冲信号控制逆变器模块,进而实现对PMSM的矢量控制;

(10)判断PMSM的目标速度Nref是否变为0,若是则过程结束,否则返回步骤(1)。

3.根据权利要求2所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,步骤(4)包括以下子步骤:(4‑1)根据PMSM在两相静止坐标系下的相电流Ialpha和Ibeta、以及PMSM在两相静止坐标系下的相电压Ualpha和Ubeta建立电流状态方程;

(4‑2)使用双曲正切函数对常规滑膜观测器的开关函数进行替换处理,以得到改进滑膜观测器,并利用该改进滑膜观测器对步骤(4‑1)得到的电流状态方程进行重构处理,以得到改进滑膜观测器的电流观测状态方程;

(4‑3)对步骤(4‑2)得到的电流观测状态方程和步骤(4‑1)得到的电流状态方程进行求差值处理,以得到电流误差状态方程;

(4‑4)根据步骤(4‑3)得到的电流误差状态方程获得滑膜运动过程中的点到达滑模面时的反电动势误差状态方程;

(4‑5)对步骤(4‑4)得到的反电动势误差状态方程创建自适应观测器及其观测器状态方程;

(4‑6)对步骤(4‑5)得到的反电动势观测值Ealphae、Ebetae进行锁相环处理,以得到观测角度θ和观测角速度ωeo。

4.根据权利要求2或3所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,步骤(4‑1)建立的电流状态方程是如下式(1)所示:其中,L为PMSM中定子的电感值;R为PMSM中定子的电阻;Ealpha和Ebeta为PMSM中的定子在两相静止坐标系下的扩展反电动势,且满足下式(2):其中,ωe为PMSM中转子的角速度;ψf为PMSM中定子的磁链;θe为PMSM中转子的电角度。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,步骤(4‑2)中的电流观测状态方程如下式(3)所示:其中,Ialpha、Ibetao分别为PMSM中的定子在两相静止坐标系下的电流观测分量;Ealphao和Ebetao为PMSM中的定子在两相静止坐标系下的反电动势分量,且有Ealphao=‑ωeψfsin(θeo),Ebetao=ωeψfcos(θeo),θeo表示PMSM中转子的观测电角度;L为自适应滑膜观测器的增益系数,其具体等于350,K为预设的滑膜增益系数,其具体等于200;s表示输入的状态量;k为负常数,且满足 其中Ialp和Ibetae分别为PMSM中的定子在两相静止坐标系下的电流误差分量,且有Ialp=Ialphao‑Ialpha、Ibetae=Ibetao‑Ibeta;Ealphae、Ebetae分别为PMSM中的定子在两相静止坐标系下的反电动势误差分量。

6.根据权利要求2至5中任意一项所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,步骤(4‑3)中的电流误差状态方程如下式(4)所示:

7.根据权利要求6所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,步骤(4‑4)得到的反电动势误差状态方程如下式(5)所示:

8.根据权利要求7所述的基于改进滑膜观测器的PMSM无感控制系统的工作方法,其特征在于,步骤(4‑5)中的观测器状态方程如下式(6)所示:其中,ωee为PMSM中转子的误差电角度。