CN116247996A - 永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置 - Google Patents

永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置 Download PDF

Info

Publication number
CN116247996A
CN116247996A CN202310433723.XA CN202310433723A CN116247996A CN 116247996 A CN116247996 A CN 116247996A CN 202310433723 A CN202310433723 A CN 202310433723A CN 116247996 A CN116247996 A CN 116247996A
Authority
CN
China
Prior art keywords
permanent magnet
linear motor
magnet synchronous
locked loop
synchronous linear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310433723.XA
Other languages
English (en)
Inventor
原东昇
周扬
尹忠刚
张彦平
罗培恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian University of Technology
Original Assignee
Xian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian University of Technology filed Critical Xian University of Technology
Priority to CN202310433723.XA priority Critical patent/CN116247996A/zh
Publication of CN116247996A publication Critical patent/CN116247996A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0007—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using sliding mode control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P21/0021—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using different modes of control depending on a parameter, e.g. the speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/09—Motor speed determination based on the current and/or voltage without using a tachogenerator or a physical encoder
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置，包括：建立永磁同步直线电机的数学模型；根据永磁同步直线电机的数学模型采用滑模观测器估计出反电动势信息；采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。在基于滑模观测器的永磁同步直线电机无传感器控制系统中引入自适应锁相环，采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度快速变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。解决了永磁同步直线电机无位置传感器控制中存在抗扰性能与快速响应之间的矛盾问题。

Description

永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置
技术领域
本发明属于永磁同步直线电机无位置传感器控制技术领域，具体涉及永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置。
背景技术
直线电机具有结构简单、大加速度、定位精度高、摩擦小、维护方便等优点。而永磁同步直线电机相较于其他直线电机，又具有可控性强、功率密度大、效率高等优点，因而在现代工业中得到了广泛的应用。直线电机传统驱动方式采用机械传感器，机械传感器价格昂贵，对工作环境要求很高，需要额外的安装空间，限制了直线电机的广泛应用，因此对直线电机无位置传感器控制方法的研究成为近些年来的热点。
永磁同步直线电机的无位置传感器控制本质是利用电压、电流等电气量来估计电机动子的速度与位置。根据原理不同，无位置传感器控制方法可分为基于信号注入和基于模型两类方法。基于信号注入的方法包括低频信号注入法、高频信号注入法等。基于模型的方法首先进行反电动势或磁链观测，然后根据观测出的反电动势或磁链估计动子的速度和位置，观测反电动势或磁链的方法有直接计算法、模型参考自适应法、观测器法等，动子速度和位置估计通常由锁相环完成。
滑模观测器属于观测器法，采用状态变量与实际值作差作为反馈，通过切换函数控制状态变量在设置的滑模面上运动，实现对状态变量的估计。相比其他观测器，滑模观测器结构简单，鲁棒性高，被广泛应用于电机无传感器控制中。锁相环是一种闭环反馈系统，可使输出信号在频率与相位上同输入信号保持同步，在电机无位置传感器控制领域已经得到广泛应用。而传统固定带宽锁相环动态性能较差，带宽过大时抗干扰能力差，带宽过小时无法响应速度的快速变化，从而影响永磁同步直线电机无位置传感器控制的估计性能。
发明内容
本发明的目的是提供永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置，以解决了现有技术中系统存在抗扰性能与快速响应之间的矛盾问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供永磁同步直线电机无传感器控制方法，包括：
建立永磁同步直线电机的数学模型；
根据永磁同步直线电机的数学模型采用滑模观测器估计出反电动势信息；
采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。
可选的，永磁同步直线电机的数学模型的建立包括：
永磁同步直线电机的电压方程为：
Figure BDA0004191341050000021
式(1)中，uα、uβ分别为励磁电压在α、β轴上的分量；R为励磁电阻；iα、iβ分别为励磁电流在α、β轴上的分量；L为永磁同步直线电机的励磁电感；τ为永磁体极距，v为动子线速度，ψf为永磁体磁链；θ是动子位置。
可选的，采用滑模观测器估计出反电动势信息具体为：
将永磁同步直线电机电压方程重写为电流状态方程：
Figure BDA0004191341050000031
式(2)中，eα、eβ为反电动势：
Figure BDA0004191341050000032
由式(2)设计滑模观测器，观测器和控制发生器如下：
Figure BDA0004191341050000033
式(3)中，
Figure BDA0004191341050000034
为励磁电流估计值，zα、zβ为传统滑模观测器SMO估计的反电动势值：
Figure BDA0004191341050000035
式(4)中，sgn()为符号函数；
式(3)与式(2)相减，得到电流估计误差状态方程：
Figure BDA0004191341050000036
构造滑模面s(x)：
Figure BDA0004191341050000037
由滑模观测器的可达性条件，得到滑模观测器中的开关增益k满足：
k>max(|eα|，|eβ|) (8)
滑模观测器中的开关函数会在高频率切换时给估算的反电动势带来高频干扰，影响估算精度，因此选择低通滤波器来滤除估计反电动势中的高频谐波：
Figure BDA0004191341050000041
式(9)中，
Figure BDA0004191341050000042
为经低通滤波器后的反电动势估计值，ωc＝2πfc，fc为低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯算子。
可选的，正交锁相环的传递函数如下：
Figure BDA0004191341050000043
式(10)中，
Figure BDA0004191341050000044
kp、ki是传统正交锁相环PI控制器的比例和积分增益；
将反电动势标幺化：
Figure BDA0004191341050000045
则传递函数变为：
Figure BDA0004191341050000046
可选的，采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作：
将估计的反电动势信息输入锁相环，采用随机梯度下降法来自适应调整正交锁相环带宽，使估计误差最小化，将PI增益系数表示为：
Figure BDA0004191341050000047
式(13)中，ξ是阻尼系数，η是中心频率，l是离散时间步长；
自适应过程应保持阻尼系数为恒定值，故：
Figure BDA0004191341050000051
式(14)中，μ是决定自适应速度的步长参数，δ[l]是锁相环PI控制器的输入误差；
式(14)中的偏导数解由两部分组成，第一部分为：
Figure BDA0004191341050000052
Figure BDA0004191341050000053
在时间[l-1]，由锁相环PI控制器估计速度和位置，将PI控制器改写为速度形式：
Figure BDA0004191341050000054
式(17)中，Ts为采样时间，mi为PI积分寄存，积分表示为：
Figure BDA0004191341050000055
将式(17)代入式(18)，得到第二部分：
Figure BDA0004191341050000056
结合式(16)和式(19)，得到自适应正交锁相环的参数调节公式：
η[l]＝η[l-1]-μz1[l]z2[l]＝η[l-1]-Δη[l] (20)
式[20]中z2[l]已经过简化，一个Ts成为了μ的一部分
z2[l]＝2ξδ[l-1]+Tsη[l-1](δ[l-1]+δ[l-2]) (21)
经过上述过程，锁相环PI增益迭代更新，跟随速度自适应调整带宽。
第二方面，本发明提供永磁同步直线电机无传感器控制系统，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立永磁同步直线电机的数学模型；
估计模块，用于根据永磁同步直线电机的数学模型采用滑模观测器估计出反电动势信息；
数据提取模块，用于采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现永磁同步直线电机无传感器控制方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现永磁同步直线电机无传感器控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明提出基于带宽自适应滑模观测器的永磁同步直线电机无传感器控制方法。在基于滑模观测器的永磁同步直线电机无传感器控制系统中引入自适应锁相环，采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度快速变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。解决了永磁同步直线电机无位置传感器控制中存在抗扰性能与快速响应之间的矛盾问题。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2是带宽自适应滑模观测器框图；
图3是本发明基于带宽自适应滑模观测器的永磁同步直线电机无传感器控制结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图2所示，基于自适应锁相环滑模观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制系统具体按照以下步骤实施。
步骤1：在α-β坐标系下，得到永磁同步直线电机电压方程和反电动势方程；
步骤2：将步骤1中的电压方程改写为电流状态方程，并据此设计滑模观测器，经过低通滤波器滤除高频谐波，估计出反电动势；
步骤3：如图1所示，首先得到传统正交锁相环的传递函数，经过反电动势标幺化，将传递函数进行化简，然后针对传递函数中的比例与积分增益，采用随机梯度下降法进行自适应调整，得到优化后的永磁同步直线电机无位置传感器控制系统。
下面通过具体的实例对本发明一种基于自适应锁相环滑模观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制方法进行详细的说明。
基于自适应锁相环滑模观测器的永磁同步直线电机无位置传感器控制系统主要包括电流环、速度环、滑模观测器和自适应锁相环四个部分。
本系统采用id＝0矢量控制方法，永磁同步直线电机输出的三相励磁电流ia、ib、ic由霍尔传感器测量得出，后经过3s/2s变换得到静止两相坐标系下的励磁电流iα、iβ，再经过2s/2r变换得到旋转两相坐标系下的励磁电流id、iq。滑模观测器通过静止两相坐标系下的励磁电压参考矢量uα、uβ与电机输出的静止两相坐标系下的电流矢量iα、iβ估计出反电动势
Figure BDA0004191341050000081
再经过锁相环估计出动子的速度。估计出的速度值与速度参考值作差，经过速度环PI控制器得到q轴电流参考值，再与实际的q轴电流值作差，经过PI控制器后得到q轴电压参考值，d轴电流参考值与实际值作差，经过PI控制器后得到d轴电压参考值，即得到了旋转两相坐标系下的励磁电压参考矢量ud、uq，经过2r/2s变换后得到静止两相坐标系下的励磁电压参考矢量uα、uβ，最后通过空间矢量脉宽调制输出PWM信号驱动电机。
步骤1具体为：
步骤1.1在α-β坐标系下永磁同步直线电机的电压方程如式(22)所示：
Figure BDA0004191341050000082
式(22)中，uα、uβ分别为励磁电压在α、β轴上的分量；R为励磁电阻；iα、iβ分别为励磁电流在α、β轴上的分量；L为永磁同步直线电机的励磁电感；τ为永磁体极距，v为动子线速度，ψf为永磁体磁链；θ是动子位置。
步骤2具体为：
步骤2.1将永磁同步直线电机电压方程重写为电流状态方程：
Figure BDA0004191341050000083
式(23)中，eα、eβ为反电动势：
Figure BDA0004191341050000091
步骤2.2由式(23)设计滑模观测器，观测器和控制发生器如下：
Figure BDA0004191341050000092
式(25)中，
Figure BDA0004191341050000093
为励磁电流估计值，zα、zβ为传统滑模观测器SMO估计的反电动势值：
Figure BDA0004191341050000094
式(26)中，sgn()为符号函数；
式(25)与式(23)相减，得到电流估计误差状态方程：
Figure BDA0004191341050000095
构造滑模面s(x)：
Figure BDA0004191341050000096
由滑模观测器的可达性条件可知，滑模观测器中的开关增益k满足：
k＞max(|eα|，|eβ|) (29)
步骤2.3滑模观测器中的开关函数会在高频率切换时给估算的反电动势带来高频干扰，影响估算精度，因此选择低通滤波器来滤除估计反电动势中的高频谐波：
Figure BDA0004191341050000101
式(30)中，
Figure BDA0004191341050000102
为经低通滤波器后的反电动势估计值，ωc＝2πfc，fc为低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯算子。
步骤3具体为：
步骤3.1将估计的反电动势信息输入锁相环。
传统正交锁相环的传递函数如下：
Figure BDA0004191341050000103
式(31)中，
Figure BDA0004191341050000104
kp、ki是传统正交锁相环PI控制器的比例和积分增益。
将反电动势标幺化：
Figure BDA0004191341050000105
则传递函数变为：
Figure BDA0004191341050000106
传统正交锁相环的固定带宽若选择过宽，则会影响其抗扰性能，若选择过窄，则导致锁相环对速度的快速变化响应缓慢，从而引起位置估计误差。
步骤3.2采用随机梯度下降法来自适应调整正交锁相环带宽，以使估计误差最小化，优化估计性能。将PI增益系数表示为：
Figure BDA0004191341050000111
式(34)中，ξ是阻尼系数，η是中心频率，l是离散时间步长。
由于锁相环带宽通常与中心频率相关，因此在自适应过程应保持阻尼系数为恒定值，故：
Figure BDA0004191341050000112
式(35)中，μ是决定自适应速度的步长参数，δ[l]是锁相环PI控制器的输入误差。
步骤3.3式(35)中的偏导数解由部分组成，第一部分为：
Figure BDA0004191341050000113
Figure BDA0004191341050000114
要找到第二部分，必须及时跟踪误差。在时间[l-1]，由锁相环PI控制器估计速度和位置，将PI控制器改写为速度形式：
Figure BDA0004191341050000115
式(38)中，Ts为采样时间，mi为PI积分寄存，积分可以表示为：
Figure BDA0004191341050000116
将式(38)代入式(39)，可得到第二部分：
Figure BDA0004191341050000117
结合式(37)和式(40)，可得到自适应正交锁相环的参数调节公式：
η[l]＝η[l-1]-μz1[l]z2[l]＝η[l-1]-Δη[l] (41)
式[41]中z2[l]已经过简化，一个Ts成为了μ的一部分
z2[l]＝2ξδ[l-1]+Tsη[l-1](δ[l-1]+δ[l-2]) (42)
经过上述过程，锁相环PI增益即可迭代更新，跟随速度自适应调整带宽，实现永磁同步直线电机无位置传感器控制性能优化。
本发明再一实施例中，提供永磁同步直线电机无传感器控制系统，能够用于实现上述的永磁同步直线电机无传感器控制方法，具体的，该系统包括：
模型建立模块，用于建立永磁同步直线电机的数学模型；
估计模块，用于根据永磁同步直线电机的数学模型采用滑模观测器估计出反电动势信息；
数据提取模块，用于采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。
本发明实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor、DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于永磁同步直线电机无传感器控制方法的操作。
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关永磁同步直线电机无传感器控制方法的相应步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.永磁同步直线电机无传感器控制方法，其特征在于，包括：
建立永磁同步直线电机的数学模型；
根据永磁同步直线电机的数学模型采用滑模观测器估计出反电动势信息；
采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。
2.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机无传感器控制方法，其特征在于，永磁同步直线电机的数学模型的建立包括：
永磁同步直线电机的电压方程为：
Figure FDA0004191341040000011
式(1)中，uα、uβ分别为励磁电压在α、β轴上的分量；R为励磁电阻；iα、iβ分别为励磁电流在α、β轴上的分量；L为永磁同步直线电机的励磁电感；τ为永磁体极距，v为动子线速度，ψf为永磁体磁链；θ是动子位置。
3.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机无传感器控制方法，其特征在于，采用滑模观测器估计出反电动势信息具体为：
将永磁同步直线电机电压方程重写为电流状态方程：
Figure FDA0004191341040000012
式(2)中，eα、eβ为反电动势：
Figure FDA0004191341040000013
由式(2)设计滑模观测器，观测器和控制发生器如下：
Figure FDA0004191341040000021
式(3)中，
Figure FDA0004191341040000022
为励磁电流估计值，zα、zβ为传统滑模观测器SMO估计的反电动势值：
Figure FDA0004191341040000023
式(4)中，sgn()为符号函数；
式(3)与式(2)相减，得到电流估计误差状态方程：
Figure FDA0004191341040000024
构造滑模面s(x)：
Figure FDA0004191341040000025
由滑模观测器的可达性条件，得到滑模观测器中的开关增益k满足：
k>max(|eα|，|eβ|) (8)
滑模观测器中的开关函数会在高频率切换时给估算的反电动势带来高频干扰，影响估算精度，因此选择低通滤波器来滤除估计反电动势中的高频谐波：
Figure FDA0004191341040000026
式(9)中，
Figure FDA0004191341040000027
为经低通滤波器后的反电动势估计值，ωc＝2πfc，fc为低通滤波器的截止频率，s为拉普拉斯算子。
4.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机无传感器控制方法，其特征在于，正交锁相环的传递函数如下：
Figure FDA0004191341040000031
式(10)中，
Figure FDA0004191341040000032
kp、ki是传统正交锁相环PI控制器的比例和积分增益；
将反电动势标幺化：
Figure FDA0004191341040000033
则传递函数变为：
Figure FDA0004191341040000034
5.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机无传感器控制方法，其特征在于，采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作：
将估计的反电动势信息输入锁相环，采用随机梯度下降法来自适应调整正交锁相环带宽，使估计误差最小化，将PI增益系数表示为：
Figure FDA0004191341040000035
式(13)中，ξ是阻尼系数，η是中心频率，l是离散时间步长；
自适应过程应保持阻尼系数为恒定值，故：
Figure FDA0004191341040000036
式(14)中，μ是决定自适应速度的步长参数，δ[l]是锁相环PI控制器的输入误差；
式(14)中的偏导数解由两部分组成，第一部分为：
Figure FDA0004191341040000041
Figure FDA0004191341040000042
在时间[l-1]，由锁相环PI控制器估计速度和位置，将PI控制器改写为速度形式：
Figure FDA0004191341040000043
式(17)中，Ts为采样时间，mi为PI积分寄存，积分表示为：
Figure FDA0004191341040000044
将式(17)代入式(18)，得到第二部分：
Figure FDA0004191341040000045
结合式(16)和式(19)，得到自适应正交锁相环的参数调节公式：
η[l]＝η[l-1]-μz1[l]z2[l]＝η[l-1]-Δη[l] (20)
式[20]中z2[l]已经过简化，一个Ts成为了μ的一部分
z2[l]＝2ξδ[l-1]+Tsη[l-1](δ[l-1]+δ[l-2]) (21)
经过上述过程，锁相环PI增益迭代更新，跟随速度自适应调整带宽。
6.永磁同步直线电机无传感器控制系统，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立永磁同步直线电机的数学模型；
估计模块，用于根据永磁同步直线电机的数学模型采用滑模观测器估计出反电动势信息；
数据提取模块，用于采用随机梯度下降法自适应调节锁相环的比例积分增益，使锁相环在低带宽下工作，在速度变化时实时调整带宽，从估计反电动势信息中提取速度和位置信息。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述永磁同步直线电机无传感器控制方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述永磁同步直线电机无传感器控制方法的步骤。
CN202310433723.XA 2023-04-20 2023-04-20 永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置 Pending CN116247996A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310433723.XA CN116247996A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310433723.XA CN116247996A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116247996A true CN116247996A (zh) 2023-06-09

Family

ID=86631532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310433723.XA Pending CN116247996A (zh) 2023-04-20 2023-04-20 永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116247996A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117335695A (zh) * 2023-12-01 2024-01-02 深圳市好盈科技股份有限公司 一种用于无感foc控制的锁相环控制参数的处理方法和装置
CN117639581A (zh) * 2023-11-08 2024-03-01 北方工业大学 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117639581A (zh) * 2023-11-08 2024-03-01 北方工业大学 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN117335695A (zh) * 2023-12-01 2024-01-02 深圳市好盈科技股份有限公司 一种用于无感foc控制的锁相环控制参数的处理方法和装置
CN117335695B (zh) * 2023-12-01 2024-01-30 深圳市好盈科技股份有限公司 一种用于无感foc控制的锁相环控制参数的处理方法和装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6667407B2 (ja) 制御装置
CN116247996A (zh) 永磁同步直线电机无传感器控制方法及相关装置
Singh et al. Various techniques of sensorless speed control of PMSM: A review
Mariethoz et al. Sensorless explicit model predictive control of permanent magnet synchronous motors
Chen et al. Backstepping control of speed sensorless permanent magnet synchronous motor based on slide model observer
CN108347207B (zh) 基于复数pi控制器的永磁同步电机位置和速度估算方法
CN113241986B (zh) 一种电机的控制方法、控制系统和存储介质
CN115173774B (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法及系统
CN110011587A (zh) 一种基于多参数识别的永磁同步电机无传感器矢量控制方法
JP2018536381A (ja) 電気モーターを制御する方法及びシステム
JP4670405B2 (ja) 同期電動機のベクトル制御方法
CN114944801A (zh) 一种基于新息自适应扩展卡尔曼的pmsm无位置传感器控制方法
CN113364375B (zh) 变结构电流调节器的pmsm驱动系统无传感器控制方法
Yim et al. A predictive current control associated to EKF for high performance IPMSM drives
Yan et al. Sensorless control of PMSMs based on parameter-optimized MRAS speed observer
CN117277878A (zh) 一种基于相角补偿的电机带载启动控制方法
Tuovinen et al. Permanent-magnet flux adaptation for sensorless synchronous motor drives
CN115378333B (zh) 一种基于电流环输出的滑模角度自适应补偿方法
Qu et al. A linear active disturbance rejection controller-based sensorless control scheme for PMSM drives
JP2018085851A (ja) 可変磁束モータの電流制御方法、及び電流制御装置
Belov et al. Sensorless Vector Control of a Permanent-Magnet Synchronous Motor Based on an Extended Adaptive Kalman Filter
Kawamura et al. q-axis inductance identification for IPMSMs using DyCE principle based adaptive flux observer
Shimamoto Estimation of dq-axis mutual inductances for vibration reduction of encoderless control
Almarhoon et al. Influence of back-EMF and current harmonics on sensorless control performance of single and dual three-phase permanent magnet synchronous machines
CN116317765A (zh) 提高永磁同步电机无传感器控制观测精度的方法及相关装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination