CN116865610A - 基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法及系统，所述方法包括：根据永磁同步电机的三相定子绕组构建两相静止坐标系，获取两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振；根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。本申请采用超螺旋滑模控制，有效降低传统滑模控制中的抖振现象，使得飞轮系统中的永磁同步电机在充放电时，可以准确估计转子的位置和速度，提高系统的稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及飞轮储能系统技术领域，特别涉及一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法及系统、设备、介质。
背景技术
随着风能、太阳能发电等可再生能源技术发展迅速，可再生能源在未来电力系统的能源结构中将占有极其重要的位置。但是可再生能源本身具有间歇性和随机性，如果直接接入电力系统中，会严重影响电力系统的电能质量。储能技术是解决这一问题，高效利用可再生能源的重要途径之一，是未来智能电网发展中不可或缺的一部分。
飞轮储能系统作为近些年新兴的物理储能系统在提高风电接入能力方面具有广阔的应用前景。由于飞轮储能系统的能量存储主要是在旋转的飞轮转子中，因此其能量转换主要依靠飞轮电机的变频调速来实现，就需要获得准确的转子位置和转速的相关信息。由于飞轮电机大多数采用高速永磁同步电机，现有的一种方式是通过机械传感器获得电机的速度与位置信息，但是由于安装位置以及地理环境等因素，机械传感器会带来一系列安装及维护问题。还有一种方式是通过采用滑模观测器算法来获取电机转子的位置，但是现有的滑模控制在滑动模态下伴随着高频抖振，转子位置估计容易导致高频抖振的误差被放大，进而造成较大的角度估计误差问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法及系统、设备、介质，采用超螺旋滑模控制，有效降低传统滑模控制中的抖振现象，使得飞轮系统中的永磁同步电机在充放电时，可以准确估计转子的位置和速度，提高系统的稳定性。
第一方面，本申请提供了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法，包括：
根据永磁同步电机的三相定子绕组构建两相静止坐标系，获取两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；
根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振；
根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
由上，本申请在传统的滑模观测器的基础上，采用超螺旋滑模控制算法来构建超螺旋滑模观测器，并通过收敛计算得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值，从而有效降低了传统滑模观测器中的高频抖振现象，除此之外，本申请还采用高斯误差函数来代替传统的开关函数，对反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振。通过本申请，使得飞轮系统中的永磁同步电机在充放电时，可以准确估计转子的位置和速度，提高系统的稳定性。
可选的，所述根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值包括：
根据所述两相静止坐标系下的定子电流、定子电压和定子电阻，构造滑模观测器方程为：
其中，iα,iβ为两相静止坐标系下的定子电流，uα,uβ为定子电压，R为定子电阻，L为两相静止坐标系下的电感，为两相静止坐标系下的电流预测值，k为滑模增益系数；
根据所述滑模观测器方程和两相静止坐标系下的定子电流状态方程，构造滑模动态误差方程为：
其中，为两相静止坐标系下定子电流实际值与电流预测值的误差，eα,eβ为两相静止坐标系下的反电动势；
根据所述滑模动态误差方程和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值为：
其中，k1，k2为超螺旋滑模观测器的滑模控制增益系数，v1，v2为超螺旋滑模控制算法的变量参数。
由上，在三相表贴式PMSM控制系统中，滑模观测器由给定电流与反馈电流的误差设计而成，通过误差重构电机的反电动势进而来估计转子的速度和位置。根据两相静止坐标系下的电流状态方程进而构建滑模观测器的方程，根据电流状态方程和滑模观测器的方程可得到滑模动态误差方程，由于传统的滑模观测器会伴随高频抖振，因此本申请采用超螺旋控制算法对滑模观测器的方程中的参数进行替换，以得到超螺旋滑模观测器中的反电动势预测值，从而有效降低传统滑模控制中的抖振现象。
可选的，所述采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理包括：
采用高斯误差函数代替所述超螺旋滑模观测器中的传统开关函数，得到替换后的超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
所述高斯误差函数为：
所述替换后的超螺旋滑模观测器的反电动势预测值为：
由上，虽然采用超螺旋滑模控制算法可有效降低高频抖振现象，但是传统开关函数的应用仍然会导致一定的系统抖振，因此本申请进一步采用高斯误差函数代替传统开关函数，从而对超螺旋滑模观测器的反电动势预测值进行平滑处理，以削弱系统抖振。
可选的，所述超螺旋滑模观测器的滑模控制增益系数采用自适应算法，跟随永磁同步电机的转子变化进行自适应调整；所述自适应算法为：
其中，l1,l2为控制系数，ωmin为电机转速观测最小值，ωmax为电机转速观测最大值，LPF为低通滤波器。
由上，在超螺旋滑模控制中，若滑模控制增益系数选取较大时可保证飞轮储能系统中高速运行情况下的观测精度，但较大的滑模控制增益系数会导致低速时性能受到严重影响，因此提出跟随转子自适应变化的滑模控制增益系数，当转速增加时，滑模控制增益系数开始增加，从而增加超螺旋滑模观测器控制精度，当转速减小时，滑模控制增益系数开始减小，可以削弱系统抖振，如此在线自适应调整超螺旋滑模观测器可以更加精确的观测系统反电动势，增加观测的精确度。
可选的，所述根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值包括：
根据平滑处理后的所述反电动势预测值，采用锁相环结构提取得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
由上，由于采用传统反正切估计方法会放大EMF中的干扰信息，而计算量大，相位补偿难以保证，因此采用锁相环(PLL)提取转子信息，可以有效提高转子跟踪速度，以得到精确的转子速度预测值和转子位置预测值。
第二方面，本申请提供了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制系统，包括：
获取模块，用于根据永磁同步电机的三相定子绕组构建两相静止坐标系，获取两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；
超螺旋滑模观测器，用于根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
平滑处理模块，用于采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振；
预测模块，用于根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
第三方面，本申请提供了一种计算设备，所述计算设备包括：
处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行，使得所述处理器实现上述的一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机执行时实现上述的一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法。
本申请的这些和其它方面在以下(多个)实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的一种锁相环结构的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于超螺旋滑模控制的飞轮储能充放电控制的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种计算设备的结构图。
应理解，上述结构示意图中，各框图的尺寸和形态仅供参考，不应构成对本申请实施例的排他性的解读。结构示意图所呈现的各框图间的相对位置和包含关系，仅为示意性地表示各框图间的结构关联，而非限制本申请实施例的物理连接方式。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
基于现有的滑模控制在滑动模态下伴随着高频抖振，转子位置估计容易导致高频抖振的误差被放大，进而造成较大的角度估计误差问题。本申请实施例提供了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法，该方法采用超螺旋滑模控制算法，有效降低传统滑模控制中的抖振现象，使得飞轮系统中的永磁同步电机在充放电时，可以准确估计转子的位置和速度，提高系统的稳定性。
如图1所示，本申请实施例提供了一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法，参照图1，该方法包括：
S10：根据永磁同步电机的三相定子绕组构建两相静止坐标系，获取两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；
本步骤中，永磁同步电机包括PMSM定子三相对称绕组，根据坐标变换前后基波合成磁动势等效的原则，可将三相静止坐标系A、B、C变换成两相静止坐标系α、β，该两相静止坐标系下的电流状态方程如下：
其中，iα,iβ为两相静止坐标系下的定子电流，uα,uβ为两相静止坐标系下定子电压，eα,eβ为两相静止坐标系下反电动势，R为定子电阻，L为两相静止坐标系下的电感，ω为电机转速，ψ为永磁体磁链，θ为电角度。
S20：根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
本步骤中，根据上述两相静止坐标系下的定子电流iα,iβ、定子电压uα,uβ和定子电阻R，构造滑模观测器方程为：
其中，iα,iβ为两相静止坐标系下的定子电流，uα,uβ为定子电压，R为定子电阻，L为两相静止坐标系下的电感，为两相静止坐标系下的电流预测值，k为滑模增益系数；
由上述滑模观测器方程(3)和两相静止坐标系下的定子电流状态方程(1)相减，可构造滑模动态误差方程为：
其中，为两相静止坐标系下定子电流实际值与电流预测值的误差；
滑模面设计为：
当滑模增益系数k足够大时，能够使滑模观测器收敛，滑模面收敛到s＝0，此时反电动势预测值为：
在传统的滑模观测器控制方法中，此时将得到的反电动势预测值通过反正切的方法即可得到永磁同步电机转子的位置及速度估计值，但是由于传统的滑模观测器会伴随高频抖振，因此本实施例采用下述超螺旋控制算法对滑模观测器的方程中的参数进行替换，以得到超螺旋滑模观测器中的反电动势预测值，从而有效降低传统滑模控制中的抖振现象。具体的，
由超螺旋滑模控制算法的定义可得：
将上述超螺旋滑模控制算法(7)代入上述滑模动态误差方程(4)，可得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值为：
其中，k1，k2为超螺旋滑模观测器的滑模控制增益系数，v1，v2为超螺旋滑模控制算法的变量参数。
本步骤通过采用超螺旋控制算法对滑模观测器的方程中的参数进行替换，以得到超螺旋滑模观测器中的反电动势预测值，从而有效降低传统滑模控制中的抖振现象。
S30：采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振；
虽然采用超螺旋滑模控制算法可有效降低高频抖振现象，但是传统开关函数的应用仍然会导致一定的系统抖振，因此本实施例进一步采用高斯误差函数代替传统开关函数，从而对超螺旋滑模观测器的反电动势预测值进行平滑处理，以削弱系统抖振。具体的，
高斯误差函数为：
将上述高斯误差函数(9)代入上述超螺旋滑模观测器的反电动势预测值(8)，可对上述超螺旋滑模观测器的反电动势预测值进行平滑处理，替换后的超螺旋滑模观测器的反电动势预测值为：
在本实施例的超螺旋滑模控制中，若滑模控制增益系数选取较大时可保证飞轮储能系统中高速运行情况下的观测精度，但较大的滑模控制增益系数会导致低速时性能受到严重影响，因此提出跟随转子自适应变化的滑模控制增益系数，如下：
其中，l1,l2为控制系数，ωmin为电机转速观测最小值，ωmax为电机转速观测最大值，LPF为低通滤波器。
通过上述自适应滑模控制增益系数，当转速增加时，滑模控制增益系数开始增加，从而增加超螺旋滑模观测器控制精度，当转速减小时，滑模控制增益系数开始减小，可以削弱系统抖振，如此在线自适应调整超螺旋滑模观测器可以更加精确的观测系统反电动势，增加观测的精确度。
S40：根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
由于采用传统反正切估计方法会放大EMF中的干扰信息，而计算量大，相位补偿难以保证，如图2所示，本实施例采用锁相环(PLL)提取转子信息，可以有效提高转子跟踪速度，以得到精确的转子速度预测值和转子位置预测值。
图3为本申请实施例提供的一种基于超螺旋滑模控制的飞轮储能充放电控制的示意图，参照图3，飞轮储能系统在进行充放电控制时，图3中的PI2、PI3控制器即可采用本申请实施例的超螺旋滑模观测器得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值，并采用锁相环(PLL)提取转子的位置预测值和速度预测值，根据转子的预测值和实际值对转子进行增益控制，从而实现飞轮储能系统充放电过程中的超螺旋滑模控制，提供飞轮储能系统的稳定性。
在一些实施例中，图3所示的飞轮储能充放电控制的示意图中，PI1控制器还可采用基于变趋近律的滑模控制器进行设计，具体的，永磁同步电机由安装在转子表面的永磁体和三个相位定子绕组组成，三个定子绕组为正弦曲线，假定绕组无阻尼，磁通饱和、涡流、磁滞电流损耗和电流场动力学可以忽略不计，感应电动势是正弦的。则永磁同步电机在该两相旋转坐标系下的电压方程为：
电磁转矩Te的表达式为：
当永磁同步电机为隐极型时，若d轴电感与q轴电感一致，则式(14)的电磁转矩Te的表达式可改写为：
则永磁同步电机的运动模型为：
其中，id和iq为旋转坐标系d-q轴的定子电流，ud和uq是旋转两相坐标系中d-q轴的定子电压，p是极对数，L是发电机的等效电感，Ld和Lq是d-q轴电感，R为定子电阻，kM为电磁转矩系数，f是永磁体的磁链，J是惯性矩，ωr是电机转子的角速度。
由于永磁同步电机的非线性，传统的PI控制无法不能满足系统的要求，基于此，本申请实施例在永磁同步电机矢量控制中，采用滑模控制代替传统的PI速度控制器，从而有效地提高系统的控制精度和抗干扰能力。其中，根据滑模控制算法，将永磁同步电机中的状态变量定义为：
其中，ωref是永磁同步电机的电机转子的目标设定角速度，通常为恒定值，ωr是电机转子的实际角速度；
采用整数阶滑动面，滑动面定义为：
传统的指数逼近法则为：
基于式(20)，本实施例通过函数替换，设计出一种新型变趋近律为：
其中，ε，q均大于0，且0＜δ＜1。
根据上述式(21)和式(22)，当s绝对值逐渐增大时，f(s)近似于当s绝对值逐渐减少时，f(s)趋近于1，当|s|减小时，趋近速度也随着减小，同时利用双曲正切函数代替符号函数，可以削弱系统抖振，改善系统性能。本申请实施例通过上述基于变趋近律的滑模控制器和基于超螺旋滑模观测器对永磁同步电机控制进行共同控制，可有效降低传统滑模控制中的抖振现象，使得飞轮系统中的永磁同步电机在充放电时，可以准确估计转子的位置和速度，提高系统的稳定性。
综上所述，本申请实施例提供的一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法，在传统的滑模观测器的基础上，采用超螺旋滑模控制算法来构建超螺旋滑模观测器，并通过收敛计算得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值，从而有效降低了传统滑模观测器中的高频抖振现象，除此之外，本申请还采用高斯误差函数来代替传统的开关函数，对反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振。通过本申请，使得飞轮系统中的永磁同步电机在充放电时，可以准确估计转子的位置和速度，提高系统的稳定性。
图4是本申请实施例提供的一种计算设备1000的结构性示意性图。该计算设备1000包括：处理器1010、存储器1020、通信接口1030、总线1040。
应理解，图4所示的计算设备1000中的通信接口1030可以用于与其他设备之间进行通信。
其中，该处理器1010可以与存储器1020连接。该存储器1020可以用于存储该程序代码和数据。因此，该存储器1020可以是处理器1010内部的存储单元，也可以是与处理器1010独立的外部存储单元，还可以是包括处理器1010内部的存储单元和与处理器1010独立的外部存储单元的部件。
可选的，计算设备1000还可以包括总线1040。其中，存储器1020、通信接口1030可以通过总线1040与处理器1010连接。总线1040可以是外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。所述总线1040可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
应理解，在本申请实施例中，该处理器1010可以采用中央处理单元(centralprocessing unit，CPU)。该处理器还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。或者该处理器1010采用一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案。
该存储器1020可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器1010提供指令和数据。处理器1010的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器。例如，处理器1010还可以存储设备类型的信息。
在计算设备1000运行时，所述处理器1010执行所述存储器1020中的计算机执行指令执行上述方法的操作步骤。
应理解，根据本申请实施例的计算设备1000可以对应于执行根据本申请各实施例的方法中的相应主体，并且计算设备1000中的各个模块的上述其它操作和/或功能分别为了实现本实施例各方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时用于执行上述方法，该方法包括上述各个实施例所描述的方案中的至少之一。
本申请实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括、但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
需要说明的是，本申请所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，上述对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
说明书和权利要求书中的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
在上述的描述中，所涉及的表示步骤的标号，并不表示一定会按此步骤执行，还可以包括中间的步骤或者由其他的步骤代替，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。
说明书和权利要求书中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的元件或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它特征、整体、步骤或部件及其组群。因此，表述“包括装置A和B的设备”不应局限为仅由部件A和B组成的设备。
本说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意味着与该实施例结合描述的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的用语“在一个实施例中”或“在实施例中”并不一定都指同一实施例，但可以指同一实施例。此外，在本申请的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明的构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本发明的保护范畴。
Claims (8)
1.一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括：
根据永磁同步电机的三相定子绕组构建两相静止坐标系，获取两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；
根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振；
根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值包括：
根据所述两相静止坐标系下的定子电流、定子电压和定子电阻，构造滑模观测器方程为：
其中，iα,iβ为两相静止坐标系下的定子电流，uα,uβ为定子电压，R为定子电阻，L为两相静止坐标系下的电感，为两相静止坐标系下的电流预测值，k为滑模增益系数；
根据所述滑模观测器方程和两相静止坐标系下的定子电流状态方程，构造滑模动态误差方程为：
其中，为两相静止坐标系下定子电流实际值与电流预测值的误差，eα,eβ为两相静止坐标系下的反电动势；
根据所述滑模动态误差方程和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值为：
其中，k1，k2为超螺旋滑模观测器的滑模控制增益系数，v1，v2为超螺旋滑模控制算法的变量参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理包括：
采用高斯误差函数代替所述超螺旋滑模观测器中的传统开关函数，得到替换后的超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
所述高斯误差函数为：
所述替换后的超螺旋滑模观测器的反电动势预测值为：
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述超螺旋滑模观测器的滑模控制增益系数采用自适应算法，跟随永磁同步电机的转子变化进行自适应调整；所述自适应算法为：
其中，l1,l2为控制系数，ωmin为电机转速观测最小值，ωmax为电机转速观测最大值，LPF为低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值包括：
根据平滑处理后的所述反电动势预测值，采用锁相环结构提取得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
6.一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于根据永磁同步电机的三相定子绕组构建两相静止坐标系，获取两相静止坐标系下的定子电流和定子电压；
超螺旋滑模观测器，用于根据滑模观测器和超螺旋滑模控制算法，得到超螺旋滑模观测器的反电动势预测值；
平滑处理模块，用于采用高斯误差函数对所述反电动势预测值进行平滑处理，以削弱滑模控制的系统抖振；
预测模块，用于根据平滑处理后的所述反电动势预测值，得到所述永磁同步电机的转子速度预测值和转子位置预测值。
7.一种计算设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述处理器执行，使得所述处理器实现如权利要求1至6任意一项所述的一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被计算机执行时实现如权利要求1至6任意一项所述的一种基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310673574.4A CN116865610A (zh) | 2023-06-07 | 2023-06-07 | 基于超螺旋滑模观测器的永磁同步电机控制方法及系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN116865610A true CN116865610A (zh) | 2023-10-10 |
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ID=88218067
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117728733A (zh) * | 2024-02-18 | 2024-03-19 | 荣耀终端有限公司 | 马达驱动设备和驱动方法 |
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- 2023-06-07 CN CN202310673574.4A patent/CN116865610A/zh active Pending
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