基於特定負載的新型五相容錯永磁電機無位置傳感器控制方法與流程
2023-11-30 16:25:16 1
本發明涉及一種基於特定負載的新型五相容錯永磁電機無位置傳感器控制方法，適用於永磁電機高精度伺服控制領域。
背景技術：
：由於永磁同步電機具有結構簡單、效率高和功率密度高等優點，使其在航空航天、電動汽車和風力發電等應用場合得到越來越廣泛的應用。永磁同步電機的穩定運行需要機械式編碼器來檢測轉子磁極位置，通過檢測出的轉子磁極位置給相應的定子繞組通電流而產生旋轉的磁場，旋轉的定子磁場和轉子磁場相互作用而產生轉矩，從而將動力傳遞給負載。由於使用機械式編碼器會導致驅動系統成本增加、可靠性降低和體積增大等問題，無位置傳感器控制方法受到了廣泛的關注。永磁同步電機的無位置控制方法大致可以分為高頻信號注入法和基於電機電磁關係的反電勢法。前者利用電機的凸極或者飽和凸極特性，注入旋轉或者脈振的高頻信號，得到電機靜止或者低速運行時的轉子位置信號，但是其複雜度較高且不適用於中高速領域。後者通過採樣電機的電壓和電流信號，利用電機的電磁關係，通過直接計算或者觀測器來得到電機的反電勢或者磁鏈，從而得出電機的轉子位置信號，這種方法被廣泛使用於中高速領域。其中滑模觀測器法是被廣泛使用的一種方法，然而由於其開關函數的使用會導致系統抖振問題，使得結果中的噪聲增大，需要多級濾波器予以消除而且其濾波環節的截止頻率會隨著電機轉速的變化而變化，提高了觀測器設計的複雜性。技術實現要素：本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種基於新型自抗擾觀測器技術的五相容錯永磁電機無位置控制方法。該方法將電機的靜止兩相坐標系下的狀態方程看成是一個新的控制系統，將電機的反電勢作為控制量，利用自抗擾觀測器可以控制交流量的特點，得出電機在兩相靜止坐標系下的反電勢。該方法可以通過合理的參數的選擇，使得在不同的運行轉速下估測出的反電勢落後於實際的反電勢的角度變為一個固定值，省去了濾波器的設計以及由濾波器設計帶來的不確定的角度補償環節，提高了系統的魯棒性，可以實現無位置傳感器控制。本發明採用的技術方案有以下步驟：一種基於特定負載的新型五相容錯永磁電機無位置傳感器控制方法，該控制方法有兩種切換狀態，一種是處於轉速開環電流閉環狀態，另一種是處於轉速和電流雙閉環的狀態；具體包括以下步驟：S1，檢測五相永磁容錯電機的五相電流ia,ib,ic,id,ie，並經過5s/2sClark變換得到兩相靜止坐標系下電流iα和iβ；S2，當處於轉速開環電流閉環狀態時，根據直流電機負載電阻箱的阻值通過負載轉矩函數和q軸電流給定函數計算出q軸給定電流iqref；S3，當電機啟動，電機控制系統處於轉速開環電流閉環狀態時，通過位置角發生器產生給定的轉子位置角θref，經過2s/2rPark變換得到直軸電流id和交軸電流iq；S4，直軸電流給定為0，q軸給定電流為iqref，它們與電流反饋值id和iq分別作差，差值分別經過PI控制器得到直軸電壓ud和交軸電壓uq；S5，利用給定或者估測出的轉子位置信息，對直軸電壓ud和交軸電壓uq進行2r/2s反Park變換，得到α-β軸電壓uα和uβ；S6，uα和uβ作為SVPWM模塊的輸入，產生10路PWM脈衝，控制五相電壓源逆變器產生五相脈衝寬度變化的電壓，驅動五相容錯永磁電機旋轉；S7，當電機採用轉速開環電流閉環啟動，且電機穩定運行時，控制系統切換到轉速和電流雙閉環的狀態，將α-β軸電壓uα和uβ以及α-β軸電流iα和iβ送入自抗擾觀測器得到觀測出的α-β軸的反電勢和觀測出的反電勢經過鎖相環PLL觀測器得到觀測出的位置角和電角速度S8，當電機處於轉速和電流雙閉環狀態時，將給定的機械轉速ω*和觀測出的機械轉速作差送入轉速環PI控制器得到q軸給定電流給定的位置角被替換為由自抗擾觀測器觀測出的補償後的位置角S9，利用觀測出的位置角和轉速，實現電機轉速和電流的雙閉環控制。進一步，所述步驟S2中所述負載轉矩函數和q軸電流給定函數的設計步驟如下：S2.1，根據實測的電阻箱阻值R＝1.8Ω，經過帶位置傳感器實際運行時的負載轉矩的值，得出負載轉矩函數的基本形式為：TL=CRω]]>其中，TL為負載轉矩，C＝0.036為常數，ω為電機運行時的轉速，R為電阻箱的阻值；S2.2，根據電機啟動時的加速到平穩運行的過渡過程原理，設計了一個q軸電流給定函數，如下所示：iqref=iqn,0<t<T1iqn-iqn-iqLT2-T1,T1<t<T2iqL,T2其中，t表示系統運行時間，T1、T2、T3分別表示系統運行的三個時間點，iqn表示電機額定的q軸電流，iqL表示算出的負載電流，iqref表示當電機處於轉速開環電流閉環狀態時給定的q軸電流；根據上述的q軸電流給定函數可以得到給定的q軸電流，從而實現將電機啟動到一個平穩的轉速；電機的額定q軸電流為iqn＝12A，當給定的初始啟動的轉速為ωm＝100r/min時，負載對應的電流為iqL＝2A，給定的時間為T1＝0.05s，T2＝0.2s。進一步，所述步驟S3中位置角發生器的設計步驟如下：S3.1，當電機處於轉速開環電流閉環狀態時，位置角發生器函數可以寫成以下形式：θref=0tωedt]]>其中θref表示給定的位置角，ωe表示給定的電機的電角速度，由上式可知，給定的位置角由電機的電角速度積分而來；初始給定的電角速度為ωe＝115rad/s，對應的電機機械轉速為ωm＝100r/min。進一步，所述步驟S7中自抗擾觀測器的設計步驟如下：S7.1，當電機處於轉速開環電流閉環狀態且電機運行在一個平穩轉速時，電機切換到轉速和電流雙閉環狀態；S7.2，將得出的α-β軸電壓uα和uβ以及α-β軸電流iα和iβ送入自抗擾觀測器，經自抗擾觀測器觀測出α-β軸反電勢和S7.3，將觀測出的反電勢和送入鎖相環觀測器分別得到位置角和轉速進一步，所述步驟S7.2中自抗擾觀測器的設計如下：電機在兩相靜止坐標系下的狀態方程如下：Lsdiαdt=uα-Rsiα-eαLsdiβdt=uβ-Rsiβ-eβ]]>其中Ls和Rs分別代表電子電感和電阻，eα和eβ分別代表α-β軸的真實反電勢。為了便於說明自抗擾觀測器的作用，可以把上式寫成如下的形式：iα=uα-eαLss+Rsiβ=uβ-eβLss+Rs]]>從上式中可以看出，電壓uα和uβ可以通過控制量輸出而得到，在靜止坐標系的控制系統中可以當作是一個常量，將eα和eβ看成是整個系統的控制量，可以將此系統看為一階系統，系統控制的目標是使觀測出的電流與實測的電流的差值趨於零；自抗擾觀測器模塊中的線性擴張狀態觀測器LESO可以表示為如下的形式：e1=z1-iSα,βz1=z2-β1e1+buz2=-β2e1]]>其中，e1為觀測值與實際值的差值，z1是電流觀測值，z2是系統總擾動，u為自抗擾觀測器輸出信號β1和β2為LESO的增益值，由電機在兩相靜止坐標系下的狀態方程可知，上式中的係數b＝1；利用自抗擾觀測器估測出來的反電勢與電機實際計算出的反電勢之間的關係，經過推導，觀測出的反電勢寫成傳遞函數的形式可以表示為下式：e^Sα,β=kP(s2+β1s+β2)uSα,β-kP(s2+β1s+β2)+β2siSα,β(LSs+RS)b(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)]]>將計算出的真實的反電勢代入上式，可以得出e^Sα,β=kP(s2+β1s+β2)eSα,βb(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)-β2s(uSα,β-eSα,β)b(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)]]>上式中後面一項的在s分別趨於無窮和零的情況下都趨於零，所以並不用去考慮，只需要關注前面一項，那麼上式就可以簡化為：e^Sα,β=kP(s2+β1s+β2)eSα,βb(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)]]>由上述簡化的式子可以得出，如果控制參數選擇得當，可以完全消除因觀測器參數的而造成對反電勢估算的影響，觀測器的參數的選擇可以定為：kP＝b，β2LS＝β1RS，上式可寫為：e^Sα,β=eSα,βLSs+1]]>由得出的式子可知，估測出的反電勢和實際計算的反電勢相差一個固定的角度，可以通過公式來計算並補償估測出的位置角，使之接近於真實位置角，保證電機穩定運行；補償後的位置角可以表示為下式：θ^new=θ^+θcomp]]>其中表示由鎖相環PLL觀測器得出的位置角，表示補償過後的位置角，表示隨電機轉速而變化的補償角，表示觀測出的電角速度。本案例中電機的定子電感為LS＝0.0025H，定子電阻為RS＝0.12Ω，永磁磁鏈為ψf＝0.041Wb；自抗擾觀測器的參數選為kP＝b＝1，β1＝10000，β2＝480000。進一步，所述步驟S7.3中鎖相環觀測器的設計如下：將鎖相環PLL應用到轉子位置信號的提取中，這裡以經自抗擾觀測器估計出的反電勢作為鎖相環PLL的輸入信號，根據反電動勢與轉子位置之間的關係，建立鎖相環轉子位置檢測系統，來提取反電動勢中包含的轉子位置信息；鎖相環PLL的位置估計的誤差傳遞函數為：Ge(s)=Δe(s)θ^e(s)=s2s2+ψfω^ekP(PLL)s+ψfω^eki(PLL)]]>其中，ψf表示永磁磁鏈，表示觀測出的電角速度，kP(PLL)表示比例係數，ki(PLL)表示積分係數；由於轉子位置信號是斜坡函數，鎖相環轉子位置檢測等效系統穩態誤差為：Δe(∞)=lims0sΔe(s)=lims0ss2+ψfω^ekP(PLL)s+ψfω^eki(PLL)=0]]>由上式可知，轉子的誤差信號的穩態誤差為零，可見採用鎖相環觀測器可以準確的從反電勢中提取出轉子位置信息；鎖相環PLL觀測器中的PI控制器的參數為kP(PLL)＝30、ki(PLL)＝30。本發明具有以下有益效果：1)根據特定的直流電機負載特性設計了q軸電流給定函數，模擬了電機的啟動過程，利用位置角發生器產生位置角，可以使電機由零速啟動到一個平穩的轉速，解決了無位置傳感器電機由零速啟動的問題；2)將兩相靜止坐標系下的電機的狀態方程看作是一個新的系統，利用線性自抗擾控制器作為觀測器，將反電勢作為控制量，使觀測出的電流接近於實測的電流值，由於觀測器是線性的，所以這樣組合成的控制系統便於進行理論上的進一步分析；3)將線性自抗擾觀測器用於兩相靜止坐標系下的電機系統，可以實現對交流量的控制，同時經理論分析可知，如果觀測器的參數選擇得當，可以實現估測出的反電勢的相位落後於實際計算出的反電勢一個固定的相位，便於補償；4)由於採用了線性自抗擾觀測器，免去了由於傳統滑模觀測器的開關動作帶來的高頻噪聲，所以系統中無需使用濾波器，提高了系統運行的帶寬並且更加便於程序上的實現。附圖說明圖1為基於特定負載的新型五相容錯永磁電機無位置傳感器控制方法結構框圖；圖2為五相容錯永磁電機截面圖；圖3為交軸電流給定函數波形圖；圖4為基於自抗擾觀測器的兩相靜止坐標系下的控制結構框圖；圖5為線性自抗擾觀測器結構框圖；圖6為鎖相環轉子位置檢測系統框圖；圖7為鎖相環轉子位置檢測系統等效框圖；圖8為五相永磁容錯電機由啟動到動態過程中的實測轉速與估測的轉速波形圖；圖9為五相永磁容錯電機由啟動到動態過程中的實測位置角與估測的位置角波形圖；圖10為五相永磁容錯電機由啟動到動態過程中的估測的反電勢波形圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。如圖1所示，本發明的一種基於新型自抗擾觀測器的五相容錯永磁電機無位置傳感器控制方法，該控制方法有兩種切換狀態，一種是處於轉速開環電流閉環狀態，另一種是處於轉速和電流雙閉環的狀態；具體包括以下控制步驟：S1，檢測五相永磁容錯電機的五相電流ia,ib,ic,id,ie，並經過5s/2s(Clark)變換得到兩相靜止坐標系下電流iα和iβ；S2，當圖1中開關處於1時(處於轉速開環電流閉環狀態時)，根據直流電機負載電阻箱的阻值通過負載轉矩函數和q軸電流給定函數計算出q軸給定電流iqref；S3，當電機啟動，開關處於1時，通過位置角發生器產生給定的轉子位置角θref，經過2s/2r(Park)變換得到直軸電流id和交軸電流iq；S4，直軸電流給定為0，q軸給定電流為iqref，它們與電流反饋值id和iq分別作差，差值分別經過PI控制器得到直軸電壓ud和交軸電壓uq；S5，利用給定或者估測出的轉子位置信息，對直軸電壓ud和交軸電壓uq進行2r/2s(反Park)變換，得到α-β軸電壓uα和uβ；S6，uα和uβ作為SVPWM模塊的輸入，產生10路PWM脈衝，控制五相電壓源逆變器產生五相脈衝寬度變化的電壓，驅動五相容錯永磁電機旋轉；S7，當處於開關1採用電流閉環啟動，且電機穩定運行時，系統切換到開關2(轉速和電流雙閉環的狀態)，將α-β軸電壓uα和uβ以及α-β軸電流iα和iβ送入自抗擾觀測器得到觀測出的α-β軸的反電勢和觀測出的反電勢經過鎖相環觀測器得到觀測出的位置角和電角速度S8，當開關處於2時，將給定的機械轉速ω*和觀測出的機械轉速作差送入轉速環PI控制器得到q軸給定電流給定的位置角被替換為由自抗擾觀測器觀測出的補償後的位置角S9，利用觀測出的位置角和轉速，實現電機轉速和電流的雙閉環控制。本發明基於轉子磁場定向矢量控制技術，如圖1所示，通過電流傳感器得到A、B、C、D、E五相電流，經過5s/2s(Clark)變換得到兩相靜止坐標系下電流iα和iβ；當開關處於1時，通過位置角發生器得到電機轉子的位置角，利用轉子的位置信息進行2s/2r(Park)及2r/2s(反Park)變換；直軸電流給定為交軸電流給定值由q軸電流給定函數根據實際負載來生成，電流環PI控制器的輸出作為直軸電壓ud和交軸電壓uq，經過2r/2s(反Park)變換產生靜止坐標系下的電壓uα和uβ；兩相電壓經過SVPWM模塊產生PWM脈衝，控制逆變器產生五相交流電壓，驅動五相容錯永磁電機由靜止開始旋轉到一個恆定的轉速。當電機由靜止運行到一個恆定的轉速時，圖1中的開關狀態切換到開關2，將α-β軸電壓uα和uβ以及α-β軸電流iα和iβ送入自抗擾觀測器得到觀測出的位置角和電角速度利用觀測出的位置角和轉速，實現電機轉速和電流的雙閉環控制。圖2為五相容錯永磁電機的截面圖。由圖2可知，選用的五相容錯永磁電機永磁體呈V型排布，永磁體內嵌在轉子裡。定子繞組採用單層集中式分布，可以減小銅耗，提高效率。電機的電樞齒和容錯齒交替排布，並且容錯齒的寬度小於電樞齒，以此優化反電勢，同時減少齒槽轉矩和輸出轉矩脈動。單層集中式繞組與容錯齒結構能減少相與相之間的耦合，提高電機的容錯性能。作為本發明的一個實施例，本發明在五相容錯永磁同步電機轉子定向矢量控制的基礎上，設計了一種基於特定負載的電機啟動過程，它可以將電機由零速拉至一個恆定的轉速，然後利用自抗擾觀測器觀測出的轉速和位置角進行切換，實現五相容錯永磁同步電機在無位置傳感器下的轉速和電流的雙閉環控制。具體實施方案包含以下步驟：1)當系統處於零速時，系統的開關狀態處於開關1，交軸電流給定值由q軸電流給定函數根據實際負載來生成，圖1中的負載轉矩函數可以表示為TL=CRω]]>其中，TL為負載轉矩，C為常數，ω為電機運行時的轉速，R為電阻箱的阻值；根據實測的電阻箱阻值R＝1.8Ω，C＝0.036為常數。得到實際的負載之後，根據實際電機啟動時從加速到平穩運行的過渡過程原理，設計了圖3中的q軸電流給定函數，如下所示：iqref=iqn,0<t<T1iqn-iqn-iqLT2-T1,T1<t<T2iqL,T2其中，t表示系統運行時間，T1、T2、T3分別表示系統運行的三個時間點，iqn表示電機輸出的q軸額定電流，iqL表示算出的負載電流，iqref表示當開關處於1時給定的q軸電流；根據上述的q軸電流給定函數可以得到給定的q軸電流，從而實現將電機啟動到一個平穩的轉速。本案例中電機的額定q軸電流為iqn＝12A，當給定的初始啟動的轉速為ωm＝100r/min時，負載對應的電流為iqL＝2A，給定的時間為T1＝0.05s，T2＝0.2s。2)當開關狀態處於開關1時，轉子位置角由位置角發生器產生，圖1中的位置角發生器可以表示為如下形式：θref=0tωedt]]>其中θref表示給定的位置角，ωe表示給定的電機電角速度，由上式可知，給定的位置角由電機的電角速度積分而來。本案例中初始給定的點角速度為ωe＝115rad/s，由於該案例中電機的極對數為p＝11，故對應的電機機械轉速為ωm＝100r/min。3)檢測五相永磁容錯電機的五相電流ia,ib,ic,id,ie，並經過5s/2s(Clark)變換得到兩相靜止坐標系下電流iα和iβ，通過由位置角發生器產生的轉子位置θref，利用2s/2r(Park)坐標變換模塊將電流轉變為d-q軸電流id和iq。4)直軸給定電流交軸給定電流iqref由q軸電流給定函數根據實際負載來生成，利用它們分別和反饋的d-q軸電流id和iq作差，分別通過電流環PI控制器得到d-q軸電壓Ud和Uq。5)利用給定的位置角，然後採用2r/2s坐標變換模塊將d-q軸電壓轉變為α-β軸電壓Uα和Uβ。6)Uα和Uβ作為SVPWM模塊的輸入，產生10路PWM脈衝，控制五相逆變器產生五相交流電壓，驅動五相容錯永磁電機旋轉至一個恆定的轉速。7)當電機旋轉至一個恆定的轉速後，系統的開關狀態切換至開關2，將α-β軸電壓uα和uβ以及α-β軸電流iα和iβ送入自抗擾觀測器得到觀測出的α-β軸的反電勢和觀測出的反電勢經過鎖相環觀測器得到觀測出的位置角和電角速度自抗擾觀測器的設計包含以下步驟：S7.1，當開關處於1且電機運行在一個平穩轉速時，開關由1切換到2；S7.2，將得出的α-β軸電壓Uα和Uβ以及α-β軸電流iα和iβ送入自抗擾觀測器，經自抗擾觀測器觀測出α-β軸反電勢和S7.3，將估測出的反電勢和送入鎖相環觀測器分別得到位置角和轉速所述步驟S7.2中自抗擾反電勢觀測器的設計如下：電機在兩相靜止坐標系下的狀態方程如下：Lsdiαdt=Uα-Rsiα-eαLsdiβdt=Uβ-Rsiβ-eβ]]>其中Ls和Rs分別代表電子電感和電阻，eα和eβ分別代表α-β軸的真實反電勢。為了便於說明自抗擾觀測器的作用，可以把上式寫成如下的形式：iα=Uα-eαLss+Rsiβ=Uβ-eβLss+Rs]]>從上式中可以看出，電壓Uα和Uβ可以通過控制量輸出而得到，在靜止坐標系的控制系統中可以當作是一個常量，將eα和eβ看成是整個系統的控制量，可以將此系統看為一階系統，系統控制的目標是使觀測出的電流與實測的電流的差值趨於零，其控制框圖如圖4所示。圖4中線性自抗擾觀測器模塊可以表示為如圖5所示，圖中虛線框內的線性擴張狀態觀測器(LESO)可以表示為如下的形式：e1=z1-iSα,βz1=z2-β1e1+buz2=-β2e1]]>其中，e1為觀測值與實際值的差值，z1是電流觀測值，z2是系統總擾動，u為自抗擾觀測器輸出信號β1和β2為LESO的增益值，由電機在兩相靜止坐標系下的狀態方程可知，上式中的係數b＝1。為了進一步說明利用自抗擾觀測器估測出來的反電勢與電機實際反電勢之間的關係，經過推導，將圖中所示的觀測出的反電勢寫成傳遞函數的形式可以表示為下式：e^Sα,β=kP(s2+β1s+β2)uSα,β-kP(s2+β1s+β2)+β2siSα,β(LSs+RS)b(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)]]>將計算出的真實的反電勢代入上式，可以得出e^Sα,β=kP(s2+β1s+β2)eSα,βb(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)-β2s(uSα,β-eSα,β)b(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)]]>上式中後面一項的在s趨於無窮和零的時候都趨於零，所以並不用去考慮，只需要關注前面一項，那麼上式就可以簡化為：e^Sα,β=kP(s2+β1s+β2)eSα,βb(s2+β1s)(LSs+RS)+kP(s2+β1s+β2)]]>由上述簡化的式子可以得出，如果控制參數選擇得當，可以完全消除因觀測器參數的而造成對反電勢估算的影響，觀測器的參數的選擇規則可以定為：kP＝b，β2LS＝β1RS。這樣就消除了觀測器的影響，上式就變成了：e^Sα,β=eSα,βLSs+1]]>由上面得出的式子可知，估測出的反電勢和實際計算的反電勢在相位上相差一個固定的角度，可以通過計算來補償估測出的位置角，使之接近於真實位置角。補償後的位置角可以表示為下式：θ^new=θ^+θcomp]]>其中表示由鎖相環觀測器得出的位置角，表示補償過後的位置角，表示隨電機轉速而變化的補償角，表示觀測出的電角速度。本案例中電機的定子電感為LS＝0.0025H，定子電阻為RS＝0.12Ω，永磁磁鏈為ψf＝0.041Wb。自抗擾觀測器的參數選為kP＝b＝1，β1＝10000，β2＝480000。所述步驟S7.3中鎖相環觀測器的設計如下：如圖6所示，鎖相環(PLL)觀測器的原理是利用系統輸出相位和給定信號相位差控制系統輸出信號頻率，直到輸出信號頻率跟蹤給定信號頻率。輸出相位和給定信號相位的差值送入PI控制器，經調節後，給定信號頻率及相位與輸出信號的頻率和相位均保持一致，達到相位跟蹤的效果。因此，將PLL應用到轉子位置信號的提取當中，這裡以經自抗擾觀測器估計出的反電勢作為鎖相環的輸入信號，根據反電動勢與轉子位置之間的關係，建立鎖相環轉子位置檢測系統，來提取反電動勢中包含的轉子位置信息。轉子位置檢測系統可以簡化為如圖7所示的等效圖，從圖中可以得知鎖相環的位置估計的誤差傳遞函數為：Ge(s)=Δe(s)θ^e(s)=s2s2+ψfω^ekPs+ψfω^eki]]>其中，ψf表示永磁磁鏈，表示觀測出的電角速度，kP表示比例係數，ki表示積分係數。由於轉子位置信號是斜坡函數，鎖相環轉子位置檢測等效系統穩態誤差為：Δe(∞)=lims0sΔe(s)=lims0ss2+ψfω^ekPs+ψfω^eki=0]]>由上式可知，轉子的誤差信號的穩態誤差為零，可見採用鎖相環觀測器可以準確的從反電勢中提取出轉子位置信息。本案例中鎖相環觀測器的PI控制器的參數為kP(PLL)＝30、ki(PLL)＝30。8)將給定的機械轉速ω*和觀測出的機械轉速轉速的差送入轉速環PI控制器得到q軸給定電流位置角被替換為由自抗擾觀測器得到觀測出的位置角這樣便可實現在無位置傳感器情況下的電機的雙閉環控制。9)為了說明採用此種基於新型自抗擾觀測器的無位置傳感器控制方法優點，在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型。圖8為電機啟動後進行轉速階躍的轉速波形，從圖8中可以看出，在0.3s之前，電機一直處於圖1中的開關1的狀態，電機由零速被拉到100r/min，但是由於是電流閉環控制，位置角由圖1中的位置角發生器提供，電流由額定電流迅速下降並保持在8A，雖然這樣可以使電機平穩運行，但是由於電流產生的轉矩大於負載，這樣不利於電機的長時間運行。當由電流開環拖動電機轉動到一定轉速且位置角跟蹤穩定時，圖1中的開關切換到開關2，實現五相永磁同步電機的轉速和電流的雙閉環控制。當t＝0.3s時，轉速由100r/min階躍到300r/min，當t＝0.8s時，電機的轉速由300r/min下降到100r/min。圖8可知，估測轉速可以很好的跟蹤上實測轉速，轉速誤差大約為r/min，在可接受的範圍之內。圖9中的補償後的估測位置角也可以很好跟蹤上實測的轉子位置角。這樣就保證了觀測器在不同的轉速下均能實現對轉子位置的跟蹤。從圖10中可以看出，在不同的給定轉速下，有觀測器估測出的反電勢波形均具有較好的正弦度，隨著轉速的上升其頻率逐漸變大，隨著轉速的減小其頻率逐漸減小，說明採用此方法對五相永磁容錯電機進行無位置傳感器控制的效果很好。由上述可知，在電機的動態運行過程中，估計轉速的變化趨勢和實際轉速始終保持一致，位置的跟蹤趨勢也很好，可以保持電機在無位置傳感器情況下平穩運行。當前第1頁1 2 3