面貼式永磁同步電機的低速無位置傳感器控制方法
2023-05-24 04:39:26
專利名稱：面貼式永磁同步電機的低速無位置傳感器控制方法
技術領域：
本發明涉及一種面貼式永磁同步電機(SPMSM)低速和零速無位置傳感器控制的方法，屬於永磁電機控制領域。
背景技術：
永磁同步電動機的控制需要精確的轉子位置與轉速信號，實現磁場定向和轉速閉環控制。傳統的檢測電機轉速和磁極位置的方法中，多採用機械傳感器，如光電編碼器或者旋轉變壓器等，使得永磁同步電動機系統不能在一些特殊的場合裡可靠地工作，如航天、水下以及過熱、振動等惡劣環境中，無傳感器控制技術在這些場合比具有機械傳感器的系統具有優勢。根據適用的轉速區間不同，可以把永磁同步電機無位置傳感器控制方法分為兩大類一類適用於中高速，大多基於電機基波模型；另一類適用於低速(或零速)，多為基於電機諧波模型，利用電機結構的物理特性或電感的飽和特性。眾所周知，後者的實現難度較前者要高，是無位置傳感器技術的關鍵。永磁同步電機分為凸極式和隱極式兩種形式。面貼式永磁同步電機屬於隱極式， 其特點為通常情況下，交軸和直軸電感近似相等，即Ltl = Ld。但有研究表明，隨著電機磁路的飽和，會導致直軸電感隨之變小，此時呈現出Ltl > Ld，稱為電感飽和效應。據此，韓國學者％111^-燈Sul等提出了脈動高頻電壓信號注入法，在估計的同步旋轉坐標系直軸上注入高頻正弦電壓信號，利用這種電感飽和效應，獲得有效的凸極特性來實現轉子位置估計。 該方法不需要確切的電機參數，所以成為了面貼式永磁同步電機低速無位置傳感器控制的研究熱點。在應用脈動高頻電壓信號注入法時，首先是建立永磁同步電機的高頻模型，然後基於此高頻模型進行估計系統設計。為了簡化，通常做出兩個忽略在高頻電壓信號激勵下 UiaCOS (ω ht)，定子相繞組的高頻感抗值《hL遠大於電阻值Rs，即《hL □ Rs，忽略電機的電阻，將等效為了純電感模型；由於所加的高頻信號角頻率高於轉子旋轉角頻率，即 "hD ωε，認為 0，則忽略電壓方程中的反電動勢項，以及交叉耦合項ω、和 "eLdo得到如下電機的電壓方程
權利要求
1. 一種面貼式永磁同步電機的低速無位置傳感器控制方法，其特徵在於包括如下具體步驟步驟(1)建立實際同步旋轉坐標系d-q、估計的同步旋轉坐標系J-S和實際兩相靜止坐標系α-β，定義估計的轉子位置誤差為= 麼其中，θ定義為實際位置j定義為估計的轉子位置d的初始值為0 ；步驟O)在估計的同步旋轉坐標系》1的》軸上注入高頻電壓信號& zf^cosK )，用於驅動面貼式永磁同步電機，具體還包括如下處理步驟在估計的同步旋轉坐標系的^軸上注入高頻電壓信號『if/^cosh/)， 將該高頻電壓信號4與電流環PI調節器的)軸輸出4相加，共同作為J軸電壓給定4，其中，Umh定義為高頻電壓信號的幅值，義為高頻電壓信號的角頻率；步驟02)採用估計的轉子位置麼將步驟(2)中的J軸電壓給定4與電流環PI調節器輸出的6軸電壓結合弋進行Park逆變換和Clarke逆變換，獲得三相電壓給定值ua、ub和Uc ； 步驟03)對步驟02)中的三相電壓給定值ua、ub和u。進行SPWM調製，得到六個驅動信號，所述六個驅動信號用於控制三相全橋逆變器，從而驅動面貼式永磁同步電機；步驟⑶檢測面貼式永磁同步電機的兩相電流、和iB，並進行電流閉環控制，具體還包括如下處理步驟(31)檢測面貼式永磁同步電機的兩相電流、和iB，將兩相電流、和iB經過 Clarke逆變換得到實際兩相靜止坐標系α-β下的α軸電流ia和β軸電流ie ；步驟(32)利用估計的轉子位置麼將步驟(31)中得到的實際兩相靜止坐標系下的a 軸電流1和β軸電流ie進行Park坐標系變換，得到估計的同步旋轉坐標系Jj下的J、q 軸電流&和『，利用^軸電流&判斷並得到永磁體磁極極性結果；步驟(33)將步驟(32)中得到的估計的同步旋轉坐標系下的J、糹軸電流&和&進行低通濾波處理，得到『和『,分別將『和&與給定的電流idref和相減，得到L和『,並將 『和『送入電流環PI調節器，進行電流閉環控制，其中，idref = 0，定義為速度環PI調節器輸出值；步驟利用步驟(3)中得到的估計的同步旋轉坐標系軸的電流^，設計出轉子位置與轉速的估計系統，具體還包括如下處理步驟Gl)構造出一種調製信號^(t)，將『與。相減得到『並利用鎖相環技術鎖定『的相位，其中，gm(t)的幅值是1，相位與^中頻率為《「言號的相位相同；步驟(42)將步驟(41)中的調製信號gm(t)與(相乘，得到信號8力)； 步驟對步驟0 中的信號^11 (O1進行低通濾波處理，得到轉子位置與轉速估計所需的輸入量 ·(Δ θ)；步驟(5)進行誤差補償處理，得到最終估計的轉子位置A，具體包括如下處理 步驟(51)將步驟中的得到的轉子位置與轉速估計所需的輸入量f(A θ)經過一個增益放大器h後，得到估計轉速6 ；步驟(52)將估計轉速^與補償係數k。相乘，並相乘後的結果與轉子位置與轉速估計所需的輸入量θ)相加後共同作用於增益放大器1^ ；步驟(53)對估計轉速^進行積分，結合步驟(32)中利用^軸電流&判斷並得到的永磁體磁極極性結果，得到最終估計的轉子位置焱；步驟出)用給定轉速減去步驟(51)中得到的估計轉速^後，送入速度環PI調節器，進行速度閉環控制。
全文摘要
本發明公開了一種面貼式永磁同步電機的低速無位置傳感器控制方法，其中，包括一種估計系統中的調製信號的構造方法，以及一種位置估計誤差的補償方法，本發明所設計的面貼式永磁同步電機的低速無位置傳感器控制方法從本質上解決了電機參數和注入信號頻率的變化對估計系統穩定性的影響以及實現了估計位置對實際位置的準確跟蹤，保證了系統的可靠運行。
文檔編號H02P6/08GK102545740SQ20121000405
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者馮瑛, 劉穎, 周波, 趙承亮 申請人:南京航空航天大學