基于功率平衡模型的PMSM模型参考自适应系统控制方法

技术领域

本发明涉及了一种永磁同步电机模型参考自适应系统的控制方法，尤其是涉及了一种基于功率平衡模型的永磁同步电机(PMSM)模型参考自适应系统控制方法。

背景技术

高速永磁同步电机因其体积小、效率高、功率因数高、可靠性高、维修方便等优点，被广泛应用于飞轮储能、高速磨床、航空航天、分布式能源、航空航天等领域。永磁同步电机常用的控制方法有磁场定向控制(FOC)、最大转矩电流比控制(MTPA)和直接转矩控制(DTC)。这些方法需要准确的转子位置角信息。使用位置传感器会增加生产成本和电机体积，难以适应恶劣的工作环境，不能满足高性能电机控制的需求。因此，许多研究都集中在无传感器控制上。

MRAS结构简单，稳定性好，在永磁同步电机无传感器控制领域得到了广泛的研究。许多研究都集中在提高MRAS电机转速估计精度上，常用的改进方法是改变自适应律的选择方法和参考模型。但基于传统模型的MRAS可调模型的系数与参考模型的系数相同，需要在线识别电机参数来提高估计精度，增加了大量的计算量。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种基于功率平衡模型的高速永磁同步电机模型参考自适应系统(MRAS)无位置传感器控制方法，建立了新的永磁同步电动机转子转速和位置的估计和控制方式。

本发明通过基于功率平衡模型的MRAS，减少了计算量，减少对电机参数的依赖，具有较好的动态性能，提升了系统的鲁棒性。

本发明的技术方案具体如下：

(1)通过电流在d-q旋转坐标系中得到有功功率P和无功功率Q；

(2)根据得到的有功功率P和无功功率Q通过恒幅值变换构建PMSM模型参考自适应系统MRAS的功率平衡模型；

(3)根据功率平衡模型设计建立自适应律，利用自适应律获得永磁同步电机的速度和位置角；

(4)通过反馈的位置和速度信息输入双闭环进行速度和电流闭环控制。

所述的功率平衡模型包括参考模型和可调模型，具体如下：

其中，R

A

所述步骤(3)中，根据参考模型和可调模型通过MRAS参数辨识方法建立自适应系统，自适应系统分为线性部分和非线性部分，从中提取自适应系统的非线性部分，再采用超稳定性理论方法结合PI控制器建立以下自适应律，具体为：

其中，

所述步骤(4)中，将可调模型置信值和参考模型置信值的计算差值输入到PI控制器中，PI控制器利用上述自适应律来输出估计转速直至估计转速等于实际转速，使得参考模型置信值等于可调模型置信值，进而实现对转速的估计。

本发明方法通过电流在d-q旋转坐标系中得到有功功率(P)和无功功率(Q)，构建MRAS的功率平衡模型作为参考模型和可调模型。与基于传统模型的MRAS相比，基于功率平衡模型的MRAS能有效地获得更准确的速度估计和更小的位置角误差。

本发明的有益效果是：

本发明通过基于功率平衡模型的MRAS，可以减少计算量，减少对电机参数的依赖，转速与位置的估计更准确，改善了在加速和稳定运行时的动态性能，提升了系统的鲁棒性。

此外，在参考模型和可调模型中包含的系数不再相同的情况下，改进后的MRAS观测器具有更好的控制效果和更强的鲁棒性。

附图说明

图1是坐标系与合成向量的关系；

图2是基于功率平衡模型的MRAS的基本结构；

图3是具体实施方式的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。

本发明的实施例如下：

(1)图1中，abc为三相静止坐标系，αβ为两相静止坐标系，dq为两相旋转坐标系，其中d轴与

(2)如图2所示，永磁同步电机模型参考自适应系统MRAS是主要构建两个具有相同物理意义的输出量的模型，根据得到的有功功率P和无功功率Q通过恒幅值变换构建PMSM模型参考自适应系统MRAS的功率平衡模型其中以不含有位置参数的电机方程作为参考模型，而将待估计参数的方程作为可调模型。利用两个模型输出量的差值构建适当的自适应律来实时调节可调模型的参数，在此自适应律采取传统的PI控制，使得可调模型的输出跟踪参考模型的输出。

功率平衡模型包括参考模型和可调模型，具体如下：

其中，A

A

(3)根据功率平衡模型设计建立自适应律，利用自适应律获得永磁同步电机的速度并根据速度进一步积分得到位置角；

步骤(3)中，根据参考模型和可调模型通过MRAS参数辨识方法建立自适应系统，自适应系统分为线性部分和非线性部分，从中提取自适应系统的非线性部分，再采用超稳定性理论方法建立以下自适应律，具体为：

其中

利用上述自适应律进行PI控制，PI输出值是转速，将转速反馈到可调模型直至可调模型置信值于参考模型置信值，此时估计转速等于实际转速。

进一步的转子位置角

(4)通过反馈的位置和速度信息输入双闭环进行速度和电流闭环控制。

本发明通过基于功率平衡模型的MRAS构建了全新的可调模型和参考模型，减少对电机参数的依赖，具有较好的动态性能，提升了系统的鲁棒性。

具体应用实例情况说明

为了验证本发明方法的可靠性，进行了相关仿真分析。分析中作为例子使用的表贴式永磁同步电机的参数见下表1。

表1电机参数

在永磁同步电机仿真中，建立了基于功率平衡模型的MRAS算法，计算出永磁同步电机转子的转速和位置，并用于闭环FOC控制。在此表电机参数的基础上，根据摘要附图的系统在MATLAB/Simulink进行控制系统的搭建与仿真可证明本发明的有效性。