一種基于fc和smo的無速度傳感器控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，通過一種易于工程實現(xiàn)的滑模觀測器來檢測電機轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)子速度，并采用模糊控制器替代傳統(tǒng)P I速度調(diào)節(jié)器。在永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)中，由于傳統(tǒng)的P I調(diào)節(jié)器延時明顯，自適應(yīng)能力不高等因素，而模糊控制的魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制，模糊控制是基于啟發(fā)性的知識及語言決策規(guī)則設(shè)計的，這有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，具有一定的智能水平，對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取、動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用。
【專利說明】
-種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無速度傳感器測速技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于FC和SM0的無速度傳 感器控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機（Permanent Ma即et Synchronous Motor,簡稱PMSM)具有功率密度 高、能量轉(zhuǎn)換效率高、調(diào)速范圍廣、體積小、重量輕等優(yōu)點，在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域得到廣 泛的應(yīng)用。
[0003] 永磁同步電機的控制需要獲得電機轉(zhuǎn)子的位置和速度信息，目前應(yīng)用比較普遍的 位置傳感器包括光電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等裝置，而運些裝置的使用不但增加了系統(tǒng)的體 積和成本，降低了系統(tǒng)的可靠性，也限制了永磁同步電機在特殊環(huán)境下的應(yīng)用，為解決機械 傳感器帶來的諸多缺陷，無傳感器控制技術(shù)的研究已成為國內(nèi)外的研究熱點，并取得了一 定成果，但還存在許多問題。最重要的是目前還沒有一種單一的無傳感器技術(shù)能夠適用于 在各種運行條件下有效地控制電機。現(xiàn)有技術(shù)中，或適用于低速運行，或適用于高速運行， 或受電機參數(shù)影響較大，或計算量很大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或穩(wěn)定性不是很好。
[0004] 在電機速度檢測過程中，機械傳感器存在很多難W解決的缺點。如:在一些特殊的 工作環(huán)境下(高溫，高壓），其提供的信息精度不值得信賴；同時使用機械傳感器使電機控制 系統(tǒng)成本的增加、維護困難等。此外，因為常規(guī)PI控制器一般都會存在一個問題一一積分飽 和。所謂積分飽和，是指系統(tǒng)存在一個方向的偏差時，PI控制器的積分環(huán)節(jié)不斷累加，最終 到達控制器的限幅值，即使繼續(xù)積分作用，控制器輸出不變，所W出現(xiàn)了積分飽和。一旦系 統(tǒng)出現(xiàn)反向偏差，控制器反向積分，控制器輸出逐漸從飽和區(qū)退出，退出的時間與之間積分 飽和的深度有關(guān)。但是，在退飽和的時間內(nèi)，控制器輸出還是在限幅值，此時容易出現(xiàn)調(diào)節(jié) 滯后，導(dǎo)致系統(tǒng)性能變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有的基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉(zhuǎn)子角度、轉(zhuǎn)速估計方法存 在的原理復(fù)雜、計算量大W及積分飽和的問題，現(xiàn)在特別提出一種具有較高動態(tài)性能且易 于工程實現(xiàn)的一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)，通過模糊控制器調(diào)整PI調(diào)節(jié)器 的比例積分系數(shù)，W使PI調(diào)節(jié)器能在電機很寬的速度范圍內(nèi)都具有良好的動穩(wěn)態(tài)性能。
[0006] 為了達到上述發(fā)明目的，解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)，包括逆變器單元、PMSM單元、Clark變 換單元、Park變換單元、滑模觀測器單元、第一比較器單元、模糊控制器單元、第二比較器單 元、第二PI調(diào)節(jié)單元、第Ξ比較器單元、第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元、Park反變換單元和SVPWM單元，其 中：
[000引所述PMSM單元，用于檢測輸出；相電流la、Ib和Ic;
[0009] 所述Clark變換單元，用于將所述PMSM單元輸出的S相電流la、Ib和Ic通過Clark變 換后輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β下的兩相定子電流ia和ie;
[0010]所述化rk變換單元，用于將所述Clark變換單元輸出的兩相定子電流ia和ie通過 化rk變換后輸出兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q下的兩相電流Id和Iq;
[0011] 所述第一比較器單元，用于將所述滑模觀測器單元中估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值W 乘W-常數(shù)得到估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，并將估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η與實際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η*進行作差運 算；
[0012] 所述模糊控制器單元，用于將所述第一比較器單元輸出的差值進行ΡΙ調(diào)節(jié)后輸出 q軸參考電流.
[0013] 所述第二比較器單元，用于將所述模糊控制器單元PI調(diào)節(jié)后輸出的q軸參考電流 《與所述化rk變換單元輸出的兩相電流Iq進行作差運算；
[0014] 所述第二PI調(diào)節(jié)單元，用于將所述第二比較器單元比較的差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出 q軸參考電壓聽
[001引所述第立比較器單元，用于將d軸參考電流苗與所述Park變換單元輸出的電流Id進 行作差運算；
[0016] 所述第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元，用于將所述第Ξ比較器單元比較的差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出 d軸參考電壓％
[0017] 所述化rk反變換單元，用于將所述第二PI調(diào)節(jié)單元輸出的q軸參考電壓 < 和所述 第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元輸出的d軸參考電壓通過化rk反變換后輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β下 的兩相控制電壓《I和.
[0018] 所述滑模觀測器單元，用于將所述Clark變換單元輸出的兩相定子電流ia和ie和所 述化rk反變換單元輸出的兩相控制電壓記和《；^進行估算處理，估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值W 和轉(zhuǎn)子位置的估計值9.
[0019] 所述SVP麗單元，用于將兩相控制電壓iC和進行空間矢量脈寬調(diào)制，輸出P麗波 形至所述逆變器單元，所述逆變器單元向所述PMSM單元輸入Ξ相電壓Ua、化和Uc，從而控制 所述PMSM單元。
[0020] 進一步的，還包括A/D轉(zhuǎn)換器單元和D/A轉(zhuǎn)換器單元，其中：
[0021] 所述A/D轉(zhuǎn)換器單元，用于將所述第一比較器單元作差運算得到精確值e經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換后把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入所述模糊控制器單元；
[0022] 所述D/A轉(zhuǎn)換器單元，用于將所述A/D轉(zhuǎn)換器單元中得到的數(shù)字量經(jīng)過所述模糊控 制器單元模糊處理后輸出的精確值U通過D/A轉(zhuǎn)換后把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并輸出q軸參 考電流。
[0023] 進一步的，所述模糊控制器單元包括模糊量化處理子單元、推理機子單元、規(guī)則庫 子單元和去模糊化處理子單元，其中：
[0024] 所述模糊量化處理子單元，用于將所述A/D轉(zhuǎn)換器單元中得到的數(shù)字量經(jīng)過模糊 量化處理，得到一模糊值e;
[0025] 所述推理機子單元，用于將上述模糊值e結(jié)合所述規(guī)則庫子單元中的模糊控制規(guī) 貝化根據(jù)推理合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量U，模糊值U = e*R;
[0026] 所述去模糊化處理子單元，用于將所述推理機子單元中得出的模糊值U進行去模 糊化處理，得到精確值U。
[0027] 進一步的，所述滑模觀測器單元具體包括SM0優(yōu)化算法子單元、第四比較器子單 元、開關(guān)函數(shù)計算子單元、低通濾波器子單元、轉(zhuǎn)速估算子單元、位置補償子單元、位置估算 子單元和求和單元，其中：：
[002引所述SM0優(yōu)化算法子單元，用于將所述化rk反變換單元輸出的兩相控制電壓y三和 β?與所述開關(guān)函數(shù)計算子單元處理后輸出的反電動勢ea和ee經(jīng)過SM0優(yōu)化算法計算后輸出 電流估算值?α和;
[0029] 所述第四比較器子單元，用于將所述510優(yōu)化算法子單元輸出的電流估算值/^和/^ 與所述Clark變換單元輸出的兩相定子電流ia和ie進行作差運算，得到αβ軸上的電流誤差值 4柳聲:；
[0030] 所述開關(guān)函數(shù)計算子單元，用于將所述第四比較器子單元輸出的αβ軸上的電流誤 差值心和經(jīng)過開關(guān)函數(shù)運算處理后得到反電動勢ea和ee;
[0031] 所述低通濾波器子單元，用于將所述開關(guān)函數(shù)計算子單元處理后輸出的反電動勢 ea和ee通過低通濾波后得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值&和^.
[0032] 所述轉(zhuǎn)速估算子單元，用于將所述低通濾波器子單元低通濾波后得到了經(jīng)過低通 濾波后的反電動勢估計值1和^通過轉(zhuǎn)速估算得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值
[0033] 所述位置估算子單元，用于將所述低通濾波器子單元低通濾波后得到了經(jīng)過低通 濾波后的反電動勢估計值；^和:通過位置估算得到轉(zhuǎn)子位置未補償前的估計值《^
[0034] 所述位置補償子單元，用于通過對相位進行滯后補償，得出經(jīng)過卡爾曼濾波后的 相位補償量Δ0,;
[0035] 所述求和單元，用于將所述位置估算子單元得到的轉(zhuǎn)子位置未補償前的估計值 和所述位置補償子單元得到的相位補償量A篇進行求和，得到轉(zhuǎn)子位置的估計值?α
[0036] 作為一實施例，所述SM0優(yōu)化算法子單元中的SM0優(yōu)化算法具體包括W下計算步 驟：
[0037] 首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中的數(shù)學(xué)模型：
[00；3 引
[0039]
[0040] 其中，為電流i在α軸上的電流值ia的導(dǎo)數(shù)4為電流i在β軸上的電流值ie的導(dǎo)數(shù)， Rs為定子繞組電阻，Ls為等效電感，ea為滑模觀測器在α軸上的反電動勢，ee為滑模觀測器在 0軸上的反電動勢，冶為電壓U在α軸上的電壓估計值，4為電壓U在β軸上的電壓估計值；
[0041] 其次，代入反電動勢方程：
[0042] ea = -4ft〇rsin目(3)
[0043] ee =恥Wr cos目（4)
[0044] 其中，恥為轉(zhuǎn)子上永磁體產(chǎn)生的磁鏈，Or為同步轉(zhuǎn)速，Θ為轉(zhuǎn)子角位置；
[0045] 再者，交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中的SM0優(yōu)化計算方程為：
[004引其中，/。、分別為ia、ie的估算值，k為滑模切換增益；
[0049]最后，由上述可得電流估計誤差方程：
[0化2]其中，?為α軸上的電流誤差值，為β軸上的電流誤差值。
[0化3]作為一實施例，所述第四比較器子單元中的電流誤差值4和的計算方程為：
[0化6] 其中，/；、和ia為α軸上的電流誤差值、電流估算值和電流值，、ζ和ie為β軸 上的電流誤差值、電流估算值和電流值。
[0057]作為一實施例，所述開關(guān)函數(shù)計算子單元中的反電動勢ea和ee的計算過程分別包 括W下步驟：
[0化引首先，選取sign開關(guān)函數(shù)進行開關(guān)函數(shù)運算，即：
[0化9]
[0060]其次，選取李雅普諾夫函數(shù)
[006。 對V求導(dǎo)，當(dāng)k〉max( I ea U ee I )時，則?> < 0，V>0，由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理知，電 流滑模觀測器是穩(wěn)定的，選取電流誤差為滑模切換面，則當(dāng)進入滑動模態(tài)時，有
[0064] 其中，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢，ζ為α軸上的電流誤差值A(chǔ)為β軸上的電 流誤差值，k為滑模切換增益。
[0065] 作為一實施例，所述低通濾波器子單元中通過低通濾波器得到滑模觀測器估算的 反電動勢估計值和ef的計算過程包括：
[0066] 使用低通濾波器，將不連續(xù)的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為等效的連續(xù)信號，相應(yīng)計算公式如 下：
[0069] 其中，；"和^為滑模觀測器估算的反電動勢估計值，ω。為低通濾波器的截止頻 率，S為拉普拉斯算子，化和ee為滑模觀測器的反電動勢。
[0070] 作為一實施例，所述轉(zhuǎn)速估算子單元中經(jīng)過低通濾波后的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值通過 W下公式求得：
[0071]
[0072] 其中，0為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估算值，^和^為滑模觀測器估算的反電動勢，恥為轉(zhuǎn)子上永 磁體產(chǎn)生的磁鏈。
[0073] 作為一實施例，所述位置估算子單元中經(jīng)過低通濾波后的轉(zhuǎn)子位置的估計值通過 W下公式求得：
[0074]
[0075] 其中，01為轉(zhuǎn)子位置的估算值，;。和為滑模觀測器估算的反電動勢。
[0076] 作為一實施例，所述位置補償子單元中，由于低通濾波器的使用，其相位具有一定 的滯后性，須對相位進行滯后補償，經(jīng)過卡爾曼濾波后的相位補償量為：
[0077]
[0078] 其中，是轉(zhuǎn)子位置的相位補償量，ω為穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速，ω。為低通濾波器的截止頻 率。
[0079] 本發(fā)明由于采用W上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有W下的優(yōu)點和積極效 果：
[0080] 1、本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)對系統(tǒng)擾動、參數(shù)攝動等不 確定性因素具有魯棒性，因此可W更好的實現(xiàn)永磁同步電機的無傳感器控制；
[0081] 2、本發(fā)明所設(shè)計的滑模觀測器在轉(zhuǎn)速突變W及負(fù)載突變的情況下，都能及時并準(zhǔn) 確的跟蹤電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角變化，具有控制準(zhǔn)確性高，動態(tài)性能好，魯棒性強的特點，而 且所設(shè)計的滑模觀測器無論在硬件和軟件上實施起來都較為方便，具有一定的實用性；
[0082] 3、本發(fā)明通過采用滑模觀測器實現(xiàn)狀態(tài)估計，顯著提高了轉(zhuǎn)子位置與速度的估計 精確度；
[0083] 4、本發(fā)明應(yīng)用模糊控制器調(diào)整ΡΙ調(diào)節(jié)器的比例積分系數(shù)，使ΡΙ自適應(yīng)調(diào)節(jié)器在電 機很寬的速度范圍內(nèi)都有良好的動穩(wěn)態(tài)性能，從而使觀測器在低速時可W抑制檢測的轉(zhuǎn)子 位置角度的小幅振蕩，高速時減小其角度的相位延遲，提高了轉(zhuǎn)子位置的檢測精度；
[0084] 5、本發(fā)明模糊控制的魯棒性強，干擾和參數(shù)變化對控制效果的影響被大大減弱， 尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制，模糊控制是基于啟發(fā)性的知識及語言決策 規(guī)則設(shè)計的，運有利于模擬人工控制的過程和方法，增強控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，具有一定的 智能水平，對那些數(shù)學(xué)模型難W獲取，動態(tài)特性不易掌握或變化非常顯著的對象非常適用；
[0085] 6、本發(fā)明具有低成本、控制算法簡單、轉(zhuǎn)速及位置的估算速度及精度高等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0086] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單的介紹。顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng) 域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。附 圖中：
[0087] 圖1是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng) 的運動過程圖；
[0088] 圖2是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中無速度傳感器控制框 圖；
[0089] 圖3是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中模糊控制器結(jié)構(gòu)圖；
[0090] 圖4是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中滑模觀測器結(jié)構(gòu)圖； [0091 ]圖5是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)所對應(yīng)的系統(tǒng)仿真圖；
[0092] 圖6是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中e的隸屬函數(shù)圖；
[0093] 圖7是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中de的隸屬函數(shù)圖；
[0094] 圖8是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中du的隸屬函數(shù)圖；
[00M]圖9是本發(fā)明一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)中速度突變時的仿真波 形；
[0096] 圖10是本發(fā)明一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩突變時的仿真波 形。
[0097] 【主要符號標(biāo)記】
[0098] 1-逆變器單元；
[0099] 2-PMSM 單元；
[0100] 3-Clark 變換單元；
[0101 ] 4-Park 變換單元；
[0102] 5-滑模觀測器單元；
[0103] 6-第一比較器單元；
[0104] 7-模糊控制器單元；
[01化]8-第二比較器單元；
[0106] 9-第二PI調(diào)節(jié)單元；
[0107] 10-第Ξ比較器單元；
[010引 11-第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元；
[0109] 12-Park反變換單元；
[0110] 13-SVPWM 單元；
[0111] 14-A/D轉(zhuǎn)換器單元；
[0112] 15-D/A轉(zhuǎn)換器單元；
[0113] 51-SM0優(yōu)化算法子單元；
[0114] 52-第四比較器子單元；
[0115] 53-開關(guān)函數(shù)計算子單元；
[0116] 54-低通濾波器子單元；
[0117] 55-轉(zhuǎn)速估算子單元；
[0118] 56-位置補償子單元；
[0119] 57-位置估算子單元；
[0120] 58-求和單元；
[0121] 71-模糊量化處理子單元；
[0122] 72-推理機子單元；
[0123] 73-規(guī)則庫子單元；
[0124] 74-去模糊化處理子單元。
【具體實施方式】
[0125] W下將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述 和討論，顯然，運里所描述的僅僅是本發(fā)明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發(fā)明 中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0126] 參見圖1，本發(fā)明專利中的現(xiàn)在考慮一般的情況，存在一個切換面s(x) = s(xi, X2, · · ·，Xn)=0,它將X = f(X)(xeRn)運個系統(tǒng)的狀態(tài)空間分成上下兩個部分s〉0和S<0。 如圖1所示，在切換面上有巧巾情況的運動點。點A為通常點，當(dāng)?shù)竭_切換面S = 0附近時，運動 點穿越點A而過;點B為起始點，當(dāng)?shù)竭_切換面s = 0附近時，運動點從切換面兩邊離開點B;點 C為終止點，當(dāng)?shù)竭_切換面s = 0附近時，運動點從切換面兩邊趨近于點C。
[0127]在滑模變結(jié)構(gòu)中，終止點有著特殊的意義，而起始點與通常點基本沒有什么意義。 當(dāng)運動點在切換面上的某一段區(qū)域內(nèi)都是終止點的時候，且一旦趨向于該區(qū)域時就會在此 區(qū)域內(nèi)運動。此時，稱此區(qū)域為"滑動模態(tài)"區(qū)即"滑模"區(qū)，系統(tǒng)在此區(qū)域的運動叫做"滑模 運動"。
[01巧]結(jié)合圖2,本發(fā)明公開了一種基于FC(Fuzzy Controller,模糊控制器）和SM0 (Sliding mode observer,滑模觀測器）的無速度傳感器控制系統(tǒng)，包括逆變器單元UPMSM (化rmanent Ma即et Synchronous Motor,永磁同步電機）單元2、Clark變換單元3、F*ark變 換單元4、滑模觀測器單元5、第一比較器單元6、模糊控制器單元7、第二比較器單元8、第二 PI調(diào)節(jié)單元9、第Ξ比較器單元10、第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元11、Park反變換單元12和SVPWM(Space Vector Pulse Wi化h Modulation,空間矢量脈寬調(diào)制）單元13,其中：
[0129] 所述PMSM單元2,用于檢測輸出Ξ相電流Ia、Ib和Ic;
[0130] 所述Clark變換單元3,用于將所述PMSM單元2輸出的Ξ相電流la、Ib和Ic通過Clark 變換后輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-e下的兩相定子電流ia和ie;
[0131] 所述化rk變換單元4,用于將所述Clark變換單元3輸出的兩相定子電流ia和ie通過 化rk變換后輸出兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q下的兩相電流Id和Iq;
[0132] 所述第一比較器單元6,用于將所述滑模觀測器單元5中估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值 @乘W-常數(shù)得到估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，并將估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η與實際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η*進行作差 運算；
[0133] 所述模糊控制器單元7,用于將所述第一比較器單元6輸出的差值進行ΡΙ調(diào)節(jié)后輸 出q軸參考電流.
[0134] 所述第二比較器單元8,用于將所述模糊控制器單元7PI調(diào)節(jié)后輸出的q軸參考電 流<與所述化rk變換單元4輸出的兩相電流Iq進行作差運算；
[01巧]所述第二PI調(diào)節(jié)單元9,用于將所述第二比較器單元8比較的差值通過PI調(diào)節(jié)后輸 出q軸參考電壓Wg , '，
[0136] 所述第Ξ比較器單元10,用于將d軸參考電流《與所述化rk變換單元4輸出的電流 Id進行作差運算；
[0137] 所述第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元11，用于將所述第Ξ比較器單元10比較的差值通過PI調(diào)節(jié)后 輸出d軸參考電壓與.
[0138] 所述化rk反變換單元12,用于將所述第二PI調(diào)節(jié)單元9輸出的q軸參考電壓<和所 述第^口1調(diào)節(jié)單元11輸出的(1軸參考電壓《^通過化'4反變換后輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系曰- β下的兩相控制電壓％和;
[0139] 所述滑模觀測器單元5,用于將所述Clark變換單元3輸出的兩相定子電流ia和ie和 所述化rk反變換單元12輸出的兩相控制電壓苗瓣為進行估算處理，估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計 值6>和轉(zhuǎn)子位置的估計值0 .
[0140] 所述SVP麗單元13,用于將兩相控制電壓<和^4進行空間矢量脈寬調(diào)制，輸出PWM 波形至所述逆變器單元1，所述逆變器單元1向所述PMSM單元2輸入S相電壓Ua、Ub和Uc，從而 控制所述PMSM單元2。
[0141] 在所述Clark變換單元帥，將S相電流Ia、Ib和I。經(jīng)過Clark變換，輸出兩相靜止直 角坐標(biāo)系α-β下的兩相定子電流ia和ie具體設(shè)及的換算公式如下：
[0142]
[0143] 在所述化rk變換單元4中，將兩相定子電流ia和ie經(jīng)過化rk變換，輸出兩相同步旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q下的兩相電流Id和Iq具體設(shè)及的換算公式如下：
[0144]
[0145] 其中，為估算的轉(zhuǎn)子角。
[0146] 在第一比較器單元6中，所述滑模觀測器單元5估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值W與估算 的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η之間的關(guān)系為：
[0147]
[014引目Ρ，所述常數(shù)為9.55。
[0149] 在所述化rk反變換單元12中，將所述第二ΡΙ調(diào)節(jié)單元9中輸出的q軸參考電壓<和 所述第ΞΡΙ調(diào)節(jié)單元11中輸出的d軸參考電壓苗經(jīng)過化rk反變換，輸出兩相靜止直角坐標(biāo) 系曰-β下的兩相控制電壓《巧脅;，具體設(shè)及W下?lián)Q算公式：
[0150]
[0151] 其中，為估算的轉(zhuǎn)子角。
[0152] 圖3是本發(fā)明中模糊控制系統(tǒng)框圖，給定值為實際的給定速度，與SM0反饋的速度 作差，得到了速度的差值即精確值e，精確值e經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入 模糊控制器，經(jīng)過模糊控制器處理后輸出精確值U，精確值U經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)化器吧數(shù)字量轉(zhuǎn)換為 模擬量。
[0153] 其中模糊控制器的控制規(guī)律由計算機的程序?qū)崿F(xiàn)，實現(xiàn)一步模糊控制算法的過程 是:微機采樣獲取被控制對象的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差信號e;-般選 誤差信號e作為模糊控制器的一個輸入量，把e的精確量進行模糊量化變成模糊量，誤差e的 模糊量可用相應(yīng)的模糊語言表示;從而得到誤差e的模糊語言集合的一個子集e(實際上是 一個模糊向量）；再由模糊向量e和模糊控制規(guī)則R(模糊關(guān)系)根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模 糊決策，得到模糊控制量U為u = e · R。
[0154]式中u為一個模糊量;為了對被控對象(PMSM)施加精確的控制，還需要將模糊量u 進行去模糊化處理轉(zhuǎn)換為精確量:得到精確數(shù)字量后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換變?yōu)榫_的模擬量送給 執(zhí)行機構(gòu)(包括PI調(diào)節(jié)器、Park反變換和空間矢量調(diào)制SVPWM)，對被控對象進行一步控制； 然后，進行第二次采樣，完成第二步控制，運樣循環(huán)下去，就實現(xiàn)了被控對象的模糊控制。 [01W]本實施例中，結(jié)合圖3,還包括A/D轉(zhuǎn)換器單元14和D/A轉(zhuǎn)換器單元15,其中：
[0156] 所述A/D轉(zhuǎn)換器單元14,用于將所述第一比較器單元6作差運算得到精確值e經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入所述模糊控制器單元7;
[0157] 所述D/A轉(zhuǎn)換器單元15,用于將所述A/D轉(zhuǎn)換器單元14中得到的數(shù)字量經(jīng)過所述模 糊控制器單元7模糊處理后輸出的精確值U通過D/A轉(zhuǎn)換后把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并輸出q 軸參考電流4
[0158] 進一步的，如圖3所示，所述模糊控制器單元7包括模糊量化處理子單元71、推理機 子單元72、規(guī)則庫子單元73和去模糊化處理子單元74，其中：
[0159] 所述模糊量化處理子單元71，用于將所述A/D轉(zhuǎn)換器單元14中得到的數(shù)字量經(jīng)過 模糊量化處理，得到一模糊值e;
[0160] 所述推理機子單元72,用于將上述模糊值e結(jié)合所述規(guī)則庫子單元73中的模糊控 制規(guī)則財良據(jù)推理合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量U，模糊值U = e*R;
[0161] 所述去模糊化處理子單元74,用于將所述推理機子單元72中得出的模糊值U進行 去模糊化處理，得到精確值U。
[0162] 如圖4所示，進一步的，所述滑模觀測器單元5具體包括SM0優(yōu)化算法子單元51、第 四比較器子單元52、開關(guān)函數(shù)計算子單元53、低通濾波器子單元54、轉(zhuǎn)速估算子單元55、位 置補償子單元56、位置估算子單元57和求和單元58,其中：
[0163] 所述SM0優(yōu)化算法子單元51，用于將所述化rk反變換單元12輸出的兩相控制電壓 這和4與所述開關(guān)函數(shù)計算子單元53處理后輸出的反電動勢ea和ee經(jīng)過SM0優(yōu)化算法計算 后輸出電流估算值;?和^;
[0164] 所述第四比較器子單元52,用于將所述SM0優(yōu)化算法子單元51輸出的電流估算值^ 和與所述Clark變換單元3輸出的兩相定子電流ia和ie進行作差運算，得到αβ軸上的電流 誤差值?和;
[0165] 所述開關(guān)函數(shù)計算子單元53,用于將所述第四比較器子單元52輸出的αβ軸上的電 流誤差值4和V經(jīng)過開關(guān)函數(shù)運算處理后得到反電動勢ea和ee;
[0166] 所述低通濾波器子單元54,用于將所述開關(guān)函數(shù)計算子單元53處理后輸出的反電 動勢ea和ee通過低通濾波后得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值;α和甸^
[0167] 所述轉(zhuǎn)速估算子單元55,用于將所述低通濾波器子單元54低通濾波后得到了經(jīng)過 低通濾波后的反電動勢估計值；^和通過轉(zhuǎn)速估算得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值W；
[0168] 所述位置估算子單元57,用于將所述低通濾波器子單元54低通濾波后得到了經(jīng)過 低通濾波后的反電動勢估計值&和通過位置估算得到轉(zhuǎn)子位置未補償前的估計值4 ^
[0169] 所述位置補償子單元56,用于通過對相位進行滯后補償，得出經(jīng)過卡爾曼濾波后 的相位補償量Δ見；
[0170] 所述求和單元58,用于將所述位置估算子單元57得到的轉(zhuǎn)子位置未補償前的估計 值4^和所述位置補償子單元56得到的相位補償量進行求和，得到轉(zhuǎn)子位置的估計值0 3
[0171] 作為一實施例，所述SM0優(yōu)化算法子單元51中的SM0優(yōu)化算法具體包括W下計算步 驟：
[0172] 首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中的數(shù)學(xué)模型：
[0175] 其中，為電流i在α軸上的電流值ia的導(dǎo)數(shù)，為電流i在β軸上的電流值ie的導(dǎo) 數(shù)，Rs為定子繞組電阻，Ls為等效電感，ea為滑模觀測器在α軸上的反電動勢，ee為滑模觀測 器在β軸上的反電動勢，為電壓U在α軸上的電壓估計值，4為電壓U在β軸上的電壓估計 值；
[0176] 其次，代入反電動勢方程：
[0177] ea = -恥corsine (3)
[017引 ep =恥Wrcos目（4)
[0179] 其中，恥為轉(zhuǎn)子上永磁體產(chǎn)生的磁鏈，Qr為同步轉(zhuǎn)速，Θ為轉(zhuǎn)子角位置；
[0180] 再者，交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中的SM0優(yōu)化計算方程為：
[0183] 其中，^^、^；^分別為1。、16的估算值^為滑模切換增益；
[0184] 最后，由上述可得電流估計誤差方程：
[0187]其中，4為α軸上的電流誤差值，為β軸上的電流誤差值。
[0188]作為一實施例，所述第四比較器子單元52中的電流誤差值。的計算方程為：
[0191] 其中，4、4和ia為α軸上的電流誤差值、電流估算值和電流值，、違和ie為β軸 上的電流誤差值、電流估算值和電流值。
[0192] 作為一實施例，所述開關(guān)函數(shù)計算子單元53中的反電動勢ea和ee的計算過程分別 包括W下步驟：
[0193] 首先，選取sign開關(guān)函數(shù)進行開關(guān)函數(shù)運算，即：
[0194]
[01M]其次，選取李雅普諾夫函數(shù)
[0196]對V求導(dǎo)，當(dāng)4〉111曰明6。|，|66|)時，則}^<〇，￥>0，由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理知，電流 滑模觀測器是穩(wěn)定的，選取電流誤差為滑模切換面，則當(dāng)進入滑動模態(tài)時，有/"=〇，/,,二0
[0199] 其中，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢，心為α軸上的電流誤差值，為β軸上的電 流誤差值，k為滑模切換增益。
[0200] 作為一實施例，所述低通濾波器子單元54中通過低通濾波器得到滑模觀測器估算 的反電動勢估計值；^和的計算過程包括：
[0201] 使用低通濾波器，將不連續(xù)的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為等效的連續(xù)信號，相應(yīng)計算公式如 下：
[0204] 其中，；。和^0為滑模觀測器估算的反電動勢估計值，ω。為低通濾波器的截止頻 率，S為拉普拉斯算子，化和ee為滑模觀測器的反電動勢。
[0205] 作為一實施例，所述轉(zhuǎn)速估算子單元55中經(jīng)過低通濾波后的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值通 過W下公式求得：
[0206]
[0207] 其中，@為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估算值，和為滑模觀測器估算的反電動勢，恥為轉(zhuǎn)子上永 磁體產(chǎn)生的磁鏈。
[0208] 作為一實施例，所述位置估算子單元57中經(jīng)過低通濾波后的轉(zhuǎn)子位置的估計值通 過W下公式求得：
[0209]
[0210] 其中，^為轉(zhuǎn)子位置的估算值，;。和為滑模觀測器估算的反電動勢。
[0211] 作為一實施例，所述位置補償子單元56中，由于低通濾波器的使用，其相位具有一 定的滯后性，須對相位進行滯后補償，經(jīng)過卡爾曼濾波后的相位補償量為：
[0212]
[0213] 其中，么g。是轉(zhuǎn)子位置的相位補償量，ω為穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速，ω。為低通濾波器的截止頻 率。
[0214] 圖6、圖7和圖8的所有模糊集合的論域選為[-1,1]。權(quán)衡控制精度和計算復(fù)雜度， 模糊集合子元素選為7個，分別為化、醒、NS、Ζ0、PS、ΡΜ、PL。量化因子Ke、Ki的選擇，實際中應(yīng) 考慮性能需求W及e和de的變化情況，選取合理的調(diào)節(jié)范圍。假設(shè)e和de的論域范圍分別為
[-m，m巧日[-n，n]，其中滿足馬隸屬函數(shù)的選擇Ξ角形和梯形隸屬函數(shù)，因 、 〇 為相對而言選擇Ξ角形和梯形隸屬函數(shù)控制器有較好的性能。推理和解模糊方法選擇 MAMDANI模糊推理和重屯、解模糊法。
[0215] 模糊規(guī)則庫通常是基于專家經(jīng)驗或過程知識生成的控制規(guī)則集合。對于永磁同步 電機調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計的模糊控制器是針對速度控制，所W控制規(guī)則也是基于速度響應(yīng)過程。 [0216]如果e〉0、de<0,此時速度趨向給定值，應(yīng)該給W較小的控制器輸出；
[0217] 如果e<0、de<0,此時出現(xiàn)速度超調(diào)，應(yīng)該盡陜通過控制器抑制超調(diào)；
[0218] 如果6<0、(16〉0，此時抑制起到作用，速度回歸給定值，控制器輸出應(yīng)該較??；
[0219] 如果e〉0、de〉0,此時速度跟蹤不上給定，控制器應(yīng)該給W較大輸出。
[0220] 圖5、圖9和圖10是系統(tǒng)原理圖和實驗結(jié)果。用模糊PI速度調(diào)節(jié)器來替代傳統(tǒng)PI速 度調(diào)節(jié)器，并建立模糊PI速度調(diào)節(jié)器滑模觀測器的滑模增益與估算反電動勢的關(guān)系來加快 系統(tǒng)響應(yīng)速度，推導(dǎo)了計算轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的公式，構(gòu)建了仿真模型。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的 模糊PI滑模觀測器在轉(zhuǎn)速突變W及負(fù)載突變的情況下，都能快速準(zhǔn)確的跟蹤電動機的轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)角變化，且在轉(zhuǎn)矩突變時，模糊PI速度調(diào)節(jié)器相對于傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)矩脈動小，具有控 制準(zhǔn)確性高，動態(tài)性能好，魯棒性強的特點，而且所設(shè)計的模糊PI滑模觀測器無論在硬件系 統(tǒng)和軟件系統(tǒng)上實施起來都是很方便，具有一定的實用價值。
[0221] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該W權(quán)利要求的保護范圍 為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，包括逆變器單元、PMSM單 元、Clark變換單元、Park變換單元、滑模觀測器單元、第一比較器單元、模糊控制器單元、第 二比較器單元、第二PI調(diào)節(jié)單元、第三比較器單元、第三PI調(diào)節(jié)單元、Park反變換單元和 SVPWM單元，其中： 所述PMSM單元，用于檢測輸出三相電流Ia、Ib和I。； 所述Clark變換單元，用于將所述PMSM單元輸出的三相電流Ia、Ib和1。通過Clark變換后 輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系下的兩相定子電流ia和ie; 所述Park變換單元，用于將所述Clark變換單元輸出的兩相定子電流ia和ip通過Park變 換后輸出兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d_q下的兩相電流Id和Iq; 所述第一比較器單元，用于將所述滑模觀測器單元中估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值@乘以 一常數(shù)得到估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，并將估算的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η與實際的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速η*進行作差運算； 所述模糊控制器單元，用于將所述第一比較器單元輸出的差值進行ΡΙ調(diào)節(jié)后輸出q軸 參考電流 所述第二比較器單元，用于將所述模糊控制器單元PI調(diào)節(jié)后輸出的q軸參考電流 <與所 述Park變換單元輸出的兩相電流^進行作差運算； 所述第二PI調(diào)節(jié)單元，用于將所述第二比較器單元比較的差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出q軸 參考電壓氣* 9 所述第三比較器單元，用于將d軸參考電流義與所述Park變換單元輸出的電流Id進行作 差運算； 所述第三PI調(diào)節(jié)單元，用于將所述第三比較器單元比較的差值通過PI調(diào)節(jié)后輸出d軸 參考電壓士 *. 所述Park反變換單元，用于將所述第二PI調(diào)節(jié)單元輸出的q軸參考電壓< 和所述第三PI 調(diào)節(jié)單元輸出的d軸參考電壓 < 通過Park反變換后輸出兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β下的兩相 控制電壓和％_. 所述滑模觀測器單元，用于將所述Clark變換單元輸出的兩相定子電流ia和和所述 Park反變換單元輸出的兩相控制電壓 < 和％進行估算處理，估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值^和 轉(zhuǎn)子位置的估計值沒. 所述SVPWM單元，用于將兩相控制電壓義和g進行空間矢量脈寬調(diào)制，輸出PWM波形至所 述逆變器單元，所述逆變器單元向所述PMSM單元輸入三相電壓Ua、Ub和U。，從而控制所述 PMSM單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，還 包括A/D轉(zhuǎn)換器單元和D/A轉(zhuǎn)換器單元，其中： 所述A/D轉(zhuǎn)換器單元，用于將所述第一比較器單元作差運算得到精確值e經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換 后把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并送入所述模糊控制器單元； 所述D/A轉(zhuǎn)換器單元，用于將所述A/D轉(zhuǎn)換器單元中得到的數(shù)字量經(jīng)過所述模糊控制器 單元模糊處理后輸出的精確值u通過D/A轉(zhuǎn)換后把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，并輸出q軸參考電 流< 〇3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述模糊控制器單元包括模糊量化處理子單元、推理機子單元、規(guī)則庫子單元和去模糊化處 理子單元，其中： 所述模糊量化處理子單元，用于將所述A/D轉(zhuǎn)換器單元中得到的數(shù)字量經(jīng)過模糊量化 處理，得到一模糊值e; 所述推理機子單元，用于將上述模糊值e結(jié)合所述規(guī)則庫子單元中的模糊控制規(guī)則R根 據(jù)推理合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量u，模糊值u = e*R; 所述去模糊化處理子單元，用于將所述推理機子單元中得出的模糊值u進行去模糊化 處理，得到精確值u。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述滑模觀測器單元具體包括SMO優(yōu)化算法子單元、第四比較器子單元、開關(guān)函數(shù)計算子單 元、低通濾波器子單元、轉(zhuǎn)速估算子單元、位置補償子單元、位置估算子單元和求和單元，其 中：： 所述SMO優(yōu)化算法子單元，用于將所述Park反變換單元輸出的兩相控制電壓W和< 與 所述開關(guān)函數(shù)計算子單元處理后輸出的反電動勢ea和ee經(jīng)過SMO優(yōu)化算法計算后輸出電流 估算值&和& ; 所述第四比較器子單元，用于將所述SMO優(yōu)化算法子單元輸出的電流估算值&和&與所 述Clark變換單元輸出的兩相定子電流ia和ie進行作差運算，得到邱軸上的電流誤差值?和 所述開關(guān)函數(shù)計算子單元，用于將所述第四比較器子單元輸出的邱軸上的電流誤差值 ζ和&經(jīng)過開關(guān)函數(shù)運算處理后得到反電動勢θα和郎； 所述低通濾波器子單元，用于將所述開關(guān)函數(shù)計算子單元處理后輸出的反電動勢ea和 ee通過低通濾波后得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值^和％ ; 所述轉(zhuǎn)速估算子單元，用于將所述低通濾波器子單元低通濾波后得到了經(jīng)過低通濾波 后的反電動勢估計值^和#通過轉(zhuǎn)速估算得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值 所述位置估算子單元，用于將所述低通濾波器子單元低通濾波后得到了經(jīng)過低通濾波 后的反電動勢估計值：和#通過位置估算得到轉(zhuǎn)子位置未補償前的估計值 所述位置補償子單元，用于通過對相位進行滯后補償，得出經(jīng)過卡爾曼濾波后的相位 補償量,\沒； 所述求和單元，用于將所述位置估算子單元得到的轉(zhuǎn)子位置未補償前的估計值€和所 述位置補償子單元得到的相位補償量進行求和，得到轉(zhuǎn)子位置的估計值沒5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述SMO優(yōu)化算法子單元中的SMO優(yōu)化算法具體包括以下計算步驟： 首先，建立交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型：其中，為電流i在α軸上的電流值ia的導(dǎo)數(shù)，//3,為電流i在β軸上的電流值ie的導(dǎo)數(shù)，Rs 為定子繞組電阻，Ls為等效電感，ea為滑模觀測器在α軸上的反電動勢，ee為滑模觀測器在β 軸上的反電動勢，μ【為電壓U在α軸上的電壓估計值，為電壓U在β軸上的電壓估計值； 其次，代入反電動勢方程： ea = -itf ω rsin9 (3) ep = itf ω rcos0 (4) 其中，ifc為轉(zhuǎn)子上永磁體產(chǎn)生的磁鏈，wr為同步轉(zhuǎn)速，Θ為轉(zhuǎn)子角位置； 再者，交流永磁同步電機在兩相靜止直角坐標(biāo)系α-β中的SM0優(yōu)化計算方程為：其中，4分別為的估算值，k為滑模切換增益； 最后，由上述可得電流估計誤差方程：其中，ia.為a軸上的電流誤差值，&為0軸上的電流誤差值。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述第四比較器子單元中的電流誤差值4和&的計算方程為： i" =ia-ia ?β=?β-?β (10) 其中，4?、(和^為0軸上的電流誤差值、電流估算值和電流值屮、'和^為13軸上的電 流誤差值、電流估算值和電流值。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述開關(guān)函數(shù)計算子單元中的反電動勢ea和ep的計算過程分別包括以下步驟： 首先，選取sign開關(guān)函數(shù)進行開關(guān)函數(shù)運算，即：對V求導(dǎo)，當(dāng)k>max( |ea|，|ee| )時，則f/<()，V>0,由李雅普諾夫穩(wěn)定性定理知，電流滑 模觀測器是穩(wěn)定的，選取電流誤差為滑模切換面，則當(dāng)進入滑動模態(tài)時，有^=0，&=0:和e^ksigtid,,) ^12) i> = A-.s7g/2(//;) (13) 其中，ea和ee為滑模觀測器的反電動勢，?為α軸上的電流誤差值，^為β軸上的電流誤差 值，k為滑模切換增益。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述低通濾波器子單元中通過低通濾波器得到滑模觀測器估算的反電動勢估計值^和0的 計算過程包括： 使用低通濾波器，將不連續(xù)的開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為等效的連續(xù)信號，相應(yīng)計算公式如下：其中，i和I為滑模觀測器估算的反電動勢估計值，為低通濾波器的截止頻率，s為 拉普拉斯算子，&和邱為滑模觀測器的反電動勢。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)速估算子單元中經(jīng)過低通濾波后的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的估計值通過以下公式求得：其中，g為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估算值，I和@為滑模觀測器估算的反電動勢，如為轉(zhuǎn)子上永磁體 產(chǎn)生的磁鏈。10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SMO的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述位置估算子單元中經(jīng)過低通濾波后的轉(zhuǎn)子位置的估計值通過以下公式求得：其中，|為轉(zhuǎn)子位置的估算值，L和@為滑模觀測器估算的反電動勢。11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于FC和SM0的無速度傳感器控制系統(tǒng)，其特征在于，所 述位置補償子單元中，由于低通濾波器的使用，其相位具有一定的滯后性，須對相位進行滯 后補償，經(jīng)過卡爾曼濾波后的相位補償量為：其中，是轉(zhuǎn)子位置的相位補償量，ω為穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速，ω。為低通濾波器的截止頻率。
【文檔編號】H02P21/18GK106059423SQ201610630996
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月4日
【發(fā)明人】張海剛, 張磊, 葉銀忠, 萬衡, 王步來, 徐兵, 華容, 盧建寧
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院