一种滑模观测器的抖振抑制方法

本发明涉及直流无刷电机无感foc控制，具体涉及一种滑模观测器的抖振抑制方法。

背景技术：

1、无位置传感器控制是指不用霍尔元件等硬件传感器电路来获取转子位置，而是通过测量电机绕组电流、磁链、电压等可测量信号，采用某种方法计算得到转子位置信号从而实现无刷直流电机的控制。

2、目前，滑模观测器(smo)由于其鲁棒性和实现简单，已成为直流无刷电机中最流行的无位置传感器控制方法之一。作为一种非线性观测器，在一定程度上解决了系统参数变化、扰动等带来的影响，它采用符号函数代替偏差的实际值，由此带来的高增益特性增加了观测器的收敛速度，从而成为目前常用的方法。smo将传统线性观测器中的控制回路替换为滑模变结构。因此，系统只有两种工作状态(例如，“开”/“关”)。这两种工作状态都是人为设定的，因此它们只依赖于所选的收敛变量，对进入滑模控制通道的参数变化不敏感。因此，smo被广泛应用于利用反电动势在中高速范围内的无传感器控制。

3、传统的smo基于符号函数，输出离散信号，存在严重的抖振问题。因此，观测得出的反电动势中包含高频的振荡分量。在滤波之前，由于符号函数的作用，原始观测的反电动势是离散脉冲。为了解决这个问题，通常使用低通滤波器(lpf)来减弱抖振效应。滤波后反电动势是正弦的，可以用于位置估计。然而，引入lpf会导致反电动势的相位延迟，从而导致电角度估计偏移。因此，通常需要进行补偿，引入lpf将不可避免地影响转子位置估计准确性。

4、同时切换函数的边界层会影响系统的控制效果和抖振，较窄的边界层范围提高了滑模运动的收敛速度，但在反电动势估计中引入了抖振和谐波畸变；虽然较宽的边界范围抑制了抖振，但由于接近速度降低而降低了控制系统的鲁棒性，并且由于切换边界附近的小增益而累积了估计误差。

5、理想情况下，假设切换的过程无时间和空间的滞后，系统状态参数测量精准以及控制量也不会受到物理限制。但是，理想的模型在现实世界中并不存在，当真正应用于一个物理的控制系统中时，这些假设就不成立了。当滑模运动点在滑模面上不断来回运动，也就在不停的改变系统的结构，这样抖动就发生了。抖振的主要有时间滞后、空间滞后以及系统固有惯性。运动点会因为惯性原因在运动到切变面时直接穿过切变面到切变面的另一边。系统为了将运动点拉回滑模面，就会改变原来的运动方向让其向切变面运动，如此往复就形成了所谓的抖振。由于控制过程的不连续性，抖振不可避免，也无法做到完全消除，但是可以通过一些方法进行抑制来减轻它的影响。

6、因此我们提出了一种滑模观测器的抖振抑制方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种滑模观测器的抖振抑制方法，解决了上述背景技术中所提出的问题。

3、(二)技术方案

4、本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

5、一种滑模观测器的抖振抑制方法，包括以下步骤：

6、s1，使用电机定子坐标系的电压和电流来设计滑模观测器，观测器可以基于真实精确的电压和电流来工作；

7、s2，通过s1得到静止坐标系下的电流的观测值，观测的电流与实际的电流作差作为双曲正切函数的输入；

8、s3，电流观测误差与自适应的滑模增益相乘，即得到等效的反电动势，并使用锁相环对反电动势中的转子位置和转速进行提取。

9、进一步地，所述s1中，为了得到反电动势的估计值，滑模观测器设计如下：

10、

11、其中，是电流的估计值，ld、lq为定子电感，rs是定子电阻，uα、uβ为观测器的控制输入。

12、进一步地，所述s2中，采用具有光滑连续特性的双曲正切函数h(x)代替符号函数sgn(x)，其表达式为

13、

14、设计新型的滑模控制率为

15、

16、进一步地，所述s3中，滑模增益采用与给定转速nref成正比的变量，根据转速实时调整滑模增益，其表达式为

17、kadjust＝k·nref。

18、(三)有益效果

19、与现有技术相比，本发明提供了一种滑模观测器的抖振抑制方法，具备以下有益效果：

20、本发明减少系统的抖振，并且使得控制系统不必外加低通滤波器和相位补偿模块就可以获得平滑反电动势估计值，进而避免了反电势估计值的相位滞后，减少了处理延迟和复杂性。

21、本发明根据转速调整滑模增益，常规的恒定滑模增益时不能平衡估计误差到达滑模面的时间和估计误差在滑模面上的抖振幅值之间冲突的问题，自适应的滑模增益能够使估计误差以更快的收敛速度到达滑模面，且能够保证估计误差在滑模面上具有较小的抖振幅值。

技术特征：

1.一种滑模观测器的抖振抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种滑模观测器的抖振抑制方法，其特征在于，所述s1中，为了得到反电动势的估计值，滑模观测器设计如下：

3.根据权利要求1所述的一种滑模观测器的抖振抑制方法，其特征在于，所述s2中，采用具有光滑连续特性的双曲正切函数h(x)代替符号函数sgn(x)，其表达式为

4.根据权利要求1所述的一种滑模观测器的抖振抑制方法，其特征在于，所述s3中，滑模增益采用与给定转速nref成正比的变量，根据转速实时调整滑模增益，其表达式为

技术总结本发明属于直流无刷电机无感FOC控制技术领域，尤其为一种滑模观测器的抖振抑制方法，包括以下步骤：S1，使用电机定子坐标系的电压和电流来设计滑模观测器，观测器可以基于真实精确的电压和电流来工作；S2，通过S1得到静止坐标系下的电流的观测值，观测的电流与实际的电流作差作为双曲正切函数的输入。本发明还引入了一种自适应滑模增益技术，该技术能够根据给定转速调整滑模增益，能够使估计误差以更快的收敛速度到达滑模面，且能够保证估计误差在滑模面上具有较小的抖振幅值。同时补偿了双曲正切函数算术速度慢而造成的时间延迟，进一步优化了控制性能并减轻抖振现象。技术研发人员：刘兰娇,黄泽枫,田立国,王亮,郑晨,崔晋,何亮,刘子鸣,王晨阳,叶瑞琪,王斌受保护的技术使用者：长春理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16