[發明專利]一種高精度永磁同步電機的無速度傳感器估計方法

有效

• 申請號: 201210546852.1
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103117702A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 周宏林;代同振;于海坤;況明偉;吳建東
• 申請（專利權）人: 中國東方電氣集團有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蘇丹

技術領域

本發明涉及電氣傳動與控制技術領域，具體將是一種永磁同步電機的無速度傳感器估計方法。?

背景技術

永磁同步電機無需勵磁機構，結構簡單、能量密度高、性能可靠，近年來在風力發電、電動汽車、船舶驅動等領域得到了廣泛的應用。目前永磁同步電機的控制通常采用無速度傳感器控制方式。無速度傳感器的控制系統省去了傳統的速度傳感器，從而具有更高的系統可靠性，以及更低的成本，同時還具有系統體積小、重量輕，了電機與控制器的連線簡單的優點。無速度傳感器的控制系統由于不安裝速度傳感器，因此需要檢測電機的定子電流、電壓，以便估計永磁同步電機的轉子角度、轉速。該角度和轉速估計方法的精度直接決定了整個閉環控制系統的性能。?

而目前基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法主要有基于擴展卡爾曼濾波的方法和基于電機反電動勢的估計方法兩類。?

其中基于擴展卡爾曼濾波方法的代表性專利和文獻有：?

專利號申請號為201010508205.2，申請日2010-10-15，名稱為“永磁同步電機的無傳感器控制系統”的發明專利，其技術方案為：一種永磁同步電機的無傳感器控制系統，包括磁鏈/電流狀態觀測器和反電動勢測量模塊，所述磁鏈/電流狀態觀測器為滑模觀測器，所述滑模觀測器采用滑模變結構控制，所述滑模觀測器的坐標系為估計旋轉坐標系，坐標系以的角速度旋轉，并滯后坐標系的電角度；在所述控制參數計算模塊中，計算轉子位置誤差。

再如文獻：S.?Bolognani,?R.?Oboe,?and?M.?Zigliotto,?“Sensorless?full-digital?PMSM?drive?with?EKF?estimation?of?speed?and?rotor?position,”?IEEE?Trans.?Ind.?Electron.,?vol.?46,?no.?1,?pp.?184–191,?Feb.?1999.?

這類估計方法原理較為復雜，計算量較大，在實際工程應用中實現具有一定困難。

相比來說，基于電機反電動勢的估計方法物理概念更為清晰，具有代表性的專利和文獻有：?

專利號為200580004124.6，申請日為2005-1-14，名稱為“用于永磁同步電機的無位置傳感驅動器”的發明專利，其技術方案主要為：一種用于永磁同步電機的無位置傳感驅動器，包括：驅動電路，可用于驅動永磁同步電機；以及控制模塊，其接收來自所述永磁同步電機的電壓和電流信息，確定所述永磁電機的轉子位置，并在電機速度為零速、低速和高速時，根據所述轉子位置產生控制所述驅動電路的控制信號。

專利號為200410078141.1，申請日為2004-9-17，名稱為“無速度傳感器永磁同步電機-空調壓縮機系統的控制方法”的發明專利，其技術方案主要為：把無速度傳感器矢量控制用于永磁同步電機-空調壓縮機系統，克服了較大的轉速脈動的缺點。同時，用轉矩指令電流復合控制的方法更進一步減小了電機轉速的脈動。它有效的克服了傳統的矢量控制系統在PI調節器參數整定過程中出現的系統穩定性和響應速的的矛盾，提高了變頻空調中永磁同步電機的控制性能。?

專利號為201110113834.X，申請日為2011-5-4，名稱為“一種直驅永磁同步風電機組無速度傳感器控制方法”的發明專利，其技術方案為：控制方法通過公式?求出轉子位置角，通過公式轉子電角速度。?

胡書舉,?許洪華，《直驅風電系統PMSG有無速度傳感器控制的比較》，高電壓技術.?35（12）.?pp.?3129-3136.?2009。?

上述技術使用的基于電機反電動勢的估計方法一般采用直接計算或者觀測器方法對反電勢進行估計，然后基于反電勢估計值，采用鎖相環對轉子磁鏈進行定向來獲取轉子角度和轉速。由于引入了鎖相環，因此這類估計方法動態特性將會降低。當角度、轉速估計模塊和永磁同步電機的前向控制通道形成閉環后，位于反饋通道上的角度、轉速估計模塊的慢動態特性會使得整個系統的動態性能下降，甚至導致系統的不穩定。?

專利號201110441493.9，申請日為2011-12-26，名稱為“一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法”?的發明專利，能夠在一定程度上解決上述問題，其技術方案主要為：基于靜止坐標系對永磁同步電機轉子進行角度、轉速估計，從而避免傳統估計方案中基于鎖相環的轉子磁鏈定向過程，進而提高估計方法的動態性能。但該方法由于包含靜止坐標系下的高通濾波環節，在定子電壓為脈寬調試波時估計精度不夠高。?

發明內容