一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统

(一)本发明属于无刷直流电机无传感器控制，具体涉及一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统。

背景技术：

0、(二)背景技术

1、无刷直流电机寿命长、可靠性高、易于维护，在自动化办公、家用电器、电动车、航天航空等领域有着广泛的应用。无刷直流电机需通过检测转子位置来决定定子绕组的换相时刻。传统的无刷直流电机带有传感器，使得电机系统体积增大、易受干扰且难以在恶劣环境下使用。

2、为改善传感器带来的问题，对低成本、高精度、高可靠性的无位置传感器控制方法进行研究是非常有必要的。滑模观测器对电机参数变化及负载扰动不敏感，且计算量小、不需要额外硬件电路、动态性能好。由于传统滑模观测器采用反正切函数的方法直接求解转子位置和转速的方法容易产生纹波，同时低通滤波器会造成相位滞后，导致转子位置检测有一定的滞后，电机的动态响应性能较差。

技术实现思路

0、(三)技术实现要素：

1、本发明提出了一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，旨在改善控制系统的转子位置估计不准确、转速抖振大、转矩脉动大、带载能力不高等缺点，并提高电机的工作效率。

2、本发明提出了一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1，对传统超螺旋滑模算法进行改进；

4、步骤2，根据所述改进超螺旋滑模算法设计超螺旋滑模观测器，获取电机α-β轴反电动势，并由所述反电动势获取电机转子角度以及转速；

5、步骤3，根据所述改进超螺旋滑模算法设计超螺旋滑模控制器，并应用在控制系统中的转速环；

6、步骤4，结合所述的观测器与控制器构建无刷直流电机无传感器控制系统。

7、进一步地，步骤1所述对传统超螺旋滑模算法进行改进：

8、传统超螺旋滑模方程如下：

9、

10、式中，a、b为增益系数，sign(x1)为符号函数。

11、为提高收敛速率，抑制符号函数带来的抖振，对所述传统超螺旋滑模方程做出改进，所述改进后的超螺旋滑模方程如下：

12、

13、其中：

14、

15、λ，μ为增益系数。

16、进一步地，步骤2所述的超螺旋滑模观测器为定子电流观测器，所述定子电流观测器为：

17、

18、式中：

19、为定子电流观测误差，sα、sβ为所定义的滑模面。

20、当所述定子电流观测器达到滑模面时，估计的反电动势可以表示为：

21、

22、进一步地，反电动势经锁相环处理后输出转子位置信息和转速，转速ω反馈输入至速度控制器；

23、进一步地，步骤3所述的超螺旋滑模转速控制器的状态变量为转速误差；

24、所述控制器的输出为：

25、

26、本发明的有益效果为：

27、本发明设计了一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，所述方法与系统中的观测器和转速控制器基于改进的超螺旋滑模算法设计，与传统的基于超螺旋滑模的无位置传感器控制系统相比，本发明设计的系统响应速度更快、系统输出抖动幅度更低，带载能力更强，且具有更平稳的运行性能，提高了系统的稳定性和鲁棒性从而提高电机的工作效率。

技术特征：

1.一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，其特征在于：所述步骤1中对传统超螺旋算法进行改进，具体如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，其特征在于：所述步骤中根据所述改进超螺旋滑模算法设计超螺旋滑模观测器，获取电机α-β轴反电动势，具体如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，其特征在于：步骤3根据所述改进超螺旋滑模算法设计超螺旋滑模控制器，所述超螺旋滑模控制器：

技术总结本发明公开一种基于改进超螺旋滑模算法的无刷直流电机无传感器控制方法与系统，首先基于传统超螺旋滑模算法进行改进，提高滑模的收敛速度以及抑制滑模算法所产生的抖振；根据所述的改进超螺旋滑模算法设计滑模观测器获取电机的α‑β轴反电动势，通过锁相环计算得到电机转子角度以及转速；将上述获取的转子角度与转速引入电机控制系统；根据所述改进的超螺旋滑模算法设计滑模控制器。将所述控制器与观测器组合为无刷直流电机无传感器控制系统。本发明改进了传统超螺旋滑模算法，改善了系统趋近滑模面的动态过程以及抑制了传统滑模算法中存在的抖振，并将其应用到无刷直流电机无位置传感器控制系统中的控制器以及观测器中，提高了控制系统的抗扰性以及响应特性。本发明用于无刷直流电机的无传感器控制。技术研发人员：胡鸿志,苏弘杰,宋旭钊,苏海涛,徐翠锋受保护的技术使用者：桂林电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4