CN219477868U - 一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统 - Google Patents

Abstract

一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，根据给定输入的三相电压电流输入到参考模型，并分别将输出dq轴的电压输入到可调模型，同时将输出的电流进入自适应机制，可调模型输出dq轴电流，系统的参考模型与可调模型一起工作，两者的输出量进行比较后，通过用得到的差值量来构造系统合适的自适应规律，然后使用该自适应规律对可调模型中的待估参数进行实时调节，从而实现可调模型输出量跟踪参考模型输出。本实用新型结构简单，设计新颖独特，可适用于无传感器同步电机控制的解决，通过自适应控制实现高精度控制，具有良好的抗扰性和适应性，能够应对各种复杂工况，提高运行稳定性的目的，安全可靠，经济和社会效益显著。

Description

一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统

技术领域

本实用新型涉及同步电机系统，尤其是适用于需要高精度控制的同步电机的一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统。

背景技术

同步电机是一种广泛应用于工业生产中的电机，具有高效、稳定和精度高等优点，在机械加工、自动化生产线等领域得到广泛应用。传统的同步电机控制方法通常需要传感器来实时采集电机状态量，例如转速、转子位置、电流等，然后根据这些数据来调整电机的控制参数，以实现精确控制。然而，传感器本身存在成本高、易损坏等问题。一旦传感器损坏无法工作，就无法实现同步电机的控制，那么，如何在无传感器的情况下也能实现同步电机的控制，至今未见公开报道。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，可有效解决现有的同步电机不能在无传感器环境下进行同步电机的控制的问题。

为实现上述目的，本实用新型解决的技术方案是，一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，包括转速输入模块、PI控制模块、电流输入模块和同步电机模块，所述的转速输入模块与第一反馈模块的输入端相连，第一反馈模块输出端与第一PI控制模块的输入端相连，第一PI控制模块的输出端与第二反馈模块的输入端相连，第二反馈模块的输出端与第二PI控制模块的输入端相连，第二PI控制模块的输出端分别与模型参考自适应模块和SVPWM模块的输入端相连；电流输入模块的输出端与第三反馈模块的输出端相连，第三反馈模块的输出端与第三PI控制模块的输入端相连，第三PI控制模块的输出端分别与模型参考自适应模块和SVPWM模块的输入端相连，模型参考自适应模块的输出端分别与第一反馈模块和机械角速度测量模块WM的输入端相连，模型参考自适应模块的另一输出端分别与SVPWM模块和Clark变换模块的输入端相连，Clark变换模块的输出端分别与模型参考自适应模块和第二反馈模块的输入端相连，Clark变换模块的另一输出端分别与模型参考自适应模块和第三反馈模块的输出端相连；SVPWM模块的输出端与逆变器的输入端相连，逆变器与同步电机模块相连，转矩测量模块与同步电机模块的输入端相连，同步电机模块的输出端分别与Clark变换模块和测量模块的输入端相连，测量模块的输出端接机械角速度测量模块WM。

本实用新型结构简单，设计新颖独特，可适用于无传感器同步电机控制的解决，通过自适应控制实现高精度控制，具有良好的抗扰性和适应性，能够应对各种复杂工况，提高运行稳定性的目的，安全可靠，经济和社会效益显著。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型系统原理结构图。

图3是本实用新型仿真下的电机转速变化示意图。

实施方式

以下结合附图和具体情况对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

结合附图给出，一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，包括转速输入模块、PI控制模块、电流输入模块和同步电机模块，所述的转速输入模块1与第一反馈模块10的输入端相连，第一反馈模块10输出端与第一PI控制模块2的输入端相连，第一PI控制模块2的输出端与第二反馈模块11的输入端相连，第二反馈模块11的输出端与第二PI控制模块3的输入端相连，第二PI控制模块3的输出端分别与模型参考自适应模块14和SVPWM模块5的输入端相连；电流输入模块13的输出端与第三反馈模块12的输出端相连，第三反馈模块12的输出端与第三PI控制模块4的输入端相连，第三PI控制模块4的输出端分别与模型参考自适应模块14和SVPWM模块5的输入端相连，模型参考自适应模块14的输出端分别与第一反馈模块10和机械角速度测量模块WM的输入端相连，模型参考自适应模块14的另一输出端分别与SVPWM模块5和Clark变换模块9的输入端相连，Clark变换模块9的输出端分别与模型参考自适应模块14和第二反馈模块11的输入端相连，Clark变换模块9的另一输出端分别与模型参考自适应模块14和第三反馈模块12的输出端相连；SVPWM模块5的输出端与逆变器8的输入端相连，逆变器8与同步电机模块6相连，转矩测量模块15与同步电机模块6的输入端相连，同步电机模块6的输出端分别与Clark变换模块9和测量模块7的输入端相连，测量模块7的输出端接机械角速度测量模块WM。

所述的转速输入模块型号为51C6、PI控制模块型号为E-500、反馈模块型号为XMA-105、SVPWM模块型号为YXPHM-TP210B-1、Clark变换模块型号为C-7510、模型参考自适应模块型号为RTOM-55/20、转矩测量模块型号为TR-2B及测量模块型号为NR-HA08，需要说明的是，上述型号仅为本实用新型的一种实施例，任何能实现其技术效果的其他型号均落在本实用新型保护范围内。

为保证更好的实施效果，所述的第二PI控制模块3的输出端分别与模型参考自适应模块14的输入端ud脚和SVPWM模块5的输入端q脚相连；第三PI控制模块4的输出端分别与模型参考自适应模块14的输入端uq脚和SVPWM模块5的输入端d脚相连，模型参考自适应模块14的输出端w_e脚分别与第一反馈模块10和机械角速度测量模块WM的输入端相连，模型参考自适应模块14的输出端theta脚分别与SVPWM模块5的输入端The脚和Clark变换模块9的输入端theta脚相连，Clark变换模块9的输出端q脚分别与模型参考自适应模块14的输入端iq脚和第二反馈模块11的输入端相连，Clark变换模块9的输出端d脚分别与模型参考自适应模块14的输入端id脚和第三反馈模块12的输出端相连；同步电机模块6的输出端分别与Clark变换模块9的abc脚和测量模块7的输入端相连。

所述的逆变器8的A脚与同步电机模块6的A脚相连，逆变器8的B脚与同步电机模块6的B脚相连，逆变器8的C脚与同步电机模块6的C脚相连。

所述的模型参考自适应模块用于实时估计电机的参数和负载扭矩，并将其作为反馈信号提供给电机控制器，模型参考自适应模块是采用基于卡尔曼滤波的自适应估计方法（公知技术）。测量模块通过采集电机转速、转子位置和电流等数据，实时计算电机的状态量，并与参考模型比较，通过自适应控制算法调整电机参数，即SVPWM模块5与逆变器8连接，通过SVPWM模块5控制逆变器8的输出，从而控制与逆变器8连接的电机，实现高精度的控制。

本实用新型在具体使用时，通过转速输入模块1输入一个额定的转速，第一反馈模块10接收来自模型参考自适应模块14转速的反馈，通过第一PI控制模块2将一反馈模块10传输来的数据整定到第二反馈模块11，第二反馈模块11同时还能够接收到来自Clark变换模块9的信号，第二反馈模块11输出的信号经过第二PI控制模块3的整定，将信号输出至SVPWM模块5。电流输入模块13输入额定电流，在第三反馈模块12处接收到来自Clark变换模块9的信号，通过第三PI控制模块4输入到模块参考自适应模块14，经过该模块的自适应整定，传递出的信号又通过SVPWM模块5，SVPWM模块5将信号输出至逆变器8，逆变器8接受信号，对同步电机模块6进行对应的控制，测量模块7根据同步电机模块6输出的相关参数进行测量，如采集电机转速、转子位置和电流等数据，实时计算电机的状态量，并与模型参考自适应模块14的数据比较，通过自适应控制算法（公知技术）调整电机参数，实现高精度的控制。模型参考自适应模块14能够对同步电机相应的数据进行估计作为反馈信号进行自身参数的整定，从而达到性能的提升，达到控制精度的提高。

由图2可以看出，本实用新型根据给定输入的三相电压电流输入到参考模型，并分别将输出dq轴的电压输入到可调模型，同时将输出的电流进入自适应机制，可调模型输出dq轴电流，系统的参考模型与可调模型一起工作，两者的输出量进行比较后，通过用得到的差值量来构造系统合适的自适应规律，然后使用该自适应规律对可调模型中的待估参数进行实时调节，从而实现可调模型输出量跟踪参考模型输出。

本实用新型适用于无传感器同步电机控制的解决，经实验验证，效果非常好，如图3所示，转速估计值与实际值之间几乎没有误差并且能够达到最后转速的稳定，说明本实用新型具有良好的抗扰性和适应性，具有安全可靠、运行状态稳定的优点。

本实用新型设计新颖独特，生产简单，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本实用新型一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，适用于无传感器同步电机控制的解决，通过自适应控制实现高精度控制，具有良好的抗扰性和适应性，能够应对各种复杂工况，提高运行稳定性的目的；

2、本实用新型一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，可实现故障预警和自动化维护，不需要传感器，降低了系统的维护成本和风险，同时提高了系统的可靠性和稳定性；

3、使用本实用新型一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，可积极推进多种同步电机控制场景，如泵站，工业自动化、机器人、电动车辆等领域，具有安全可靠、运行状态稳定的优点，具有良好的经济和社会效益。

要指出的是，上述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出变动或者修饰为等同变化的等效实施例，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (3)

1.一种模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，包括转速输入模块、PI控制模块、电流输入模块和同步电机模块，其特征在于，所述的转速输入模块（1）与第一反馈模块（10）的输入端相连，第一反馈模块（10）输出端与第一PI控制模块（2）的输入端相连，第一PI控制模块（2）的输出端与第二反馈模块（11）的输入端相连，第二反馈模块（11）的输出端与第二PI控制模块（3）的输入端相连，第二PI控制模块（3）的输出端分别与模型参考自适应模块（14）和SVPWM模块（5）的输入端相连；电流输入模块（13）的输出端与第三反馈模块（12）的输出端相连，第三反馈模块（12）的输出端与第三PI控制模块（4）的输入端相连，第三PI控制模块（4）的输出端分别与模型参考自适应模块（14）和SVPWM模块（5）的输入端相连，模型参考自适应模块（14）的输出端分别与第一反馈模块（10）和机械角速度测量模块WM的输入端相连，模型参考自适应模块（14）的另一输出端分别与SVPWM模块（5）和Clark变换模块（9）的输入端相连，Clark变换模块（9）的输出端分别与模型参考自适应模块（14）和第二反馈模块（11）的输入端相连，Clark变换模块（9）的另一输出端分别与模型参考自适应模块（14）和第三反馈模块（12）的输出端相连；SVPWM模块（5）的输出端与逆变器（8）的输入端相连，逆变器（8）与同步电机模块（6）相连，转矩测量模块（15）与同步电机模块（6）的输入端相连，同步电机模块（6）的输出端分别与Clark变换模块（9）和测量模块（7）的输入端相连，测量模块（7）的输出端接机械角速度测量模块WM。

2.根据权利要求1所述的模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，其特征在于，所述的第二PI控制模块（3）的输出端分别与模型参考自适应模块（14）的输入端ud脚和SVPWM模块（5）的输入端q脚相连；第三PI控制模块（4）的输出端分别与模型参考自适应模块（14）的输入端uq脚和SVPWM模块（5）的输入端d脚相连，模型参考自适应模块（14）的输出端w_e脚分别与第一反馈模块（10）和机械角速度测量模块WM的输入端相连，模型参考自适应模块（14）的输出端theta脚分别与SVPWM模块（5）的输入端The脚和Clark变换模块（9）的输入端theta脚相连，Clark变换模块（9）的输出端q脚分别与模型参考自适应模块（14）的输入端iq脚和第二反馈模块（11）的输入端相连，Clark变换模块（9）的输出端d脚分别与模型参考自适应模块（14）的输入端id脚和第三反馈模块（12）的输出端相连；同步电机模块（6）的输出端分别与Clark变换模块（9）的abc脚和测量模块（7）的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的模型参考自适应的同步电机无传感器控制系统，其特征在于，所述的逆变器（8）的A脚与同步电机模块（6）的A脚相连，逆变器（8）的B脚与同步电机模块（6）的B脚相连，逆变器（8）的C脚与同步电机模块（6）的C脚相连。