[發(fā)明專利]基于旋轉(zhuǎn)電流矢量的永磁同步電機無位置傳感器控制方法

有效

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• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103607155A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王海兵;湯勝清;趙榮祥;楊歡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務(wù)所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種永磁同步電機無位置傳感器控制技術(shù)，屬于電氣傳動領(lǐng)域。

背景技術(shù)

與感應(yīng)電機相比，永磁同步電機具有高轉(zhuǎn)矩/慣量比、高功率密度、高效率等優(yōu)點。永磁同步電機轉(zhuǎn)子采用永磁體，無勵磁電路，轉(zhuǎn)子無勵磁損耗和鐵損，簡化了轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，減小了電機的轉(zhuǎn)動慣量，電機的效率和功率因數(shù)較高。隨著稀土永磁材料性能的不斷提高，永磁同步電機控制技術(shù)的成熟，永磁同步電機在數(shù)控機床、機器人、電動車輛、航空航天等高精度控制領(lǐng)域，以及在風(fēng)機、泵類、壓縮機等領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用。

永磁同步電機的控制系統(tǒng)需要光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等位置傳感器來獲得轉(zhuǎn)子位置的實時信息，實現(xiàn)磁場定向，額外的傳感器和電纜將提高系統(tǒng)的成本并降低了系統(tǒng)運行的可靠性；當(dāng)位置傳感器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)將無法正常工作。對于一些對可靠性有較高要求的場合如航空航天、電動車輛、核電工程等領(lǐng)域要考慮無位置傳感器的容錯控制技術(shù)；另外一些環(huán)境比較惡劣的場合如機械震動比較大，工作環(huán)境溫度過高或者空間位置有限不適宜安裝位置傳感器的場合，以及一些成本比較敏感的應(yīng)用領(lǐng)域無位置傳感器控制技術(shù)具有更多的優(yōu)勢。

基于基波模型的方法：包括直接計算法，反電動勢法，定子三次諧波電壓法，模型參考自適應(yīng)法。這類方法對永磁電動機的參數(shù)變化較為敏感，魯棒性差。另外，當(dāng)永磁電動機靜止或低速運行時，因反電動勢過小或信號的信噪比較小，使得有效信號湮沒或無法檢測而導(dǎo)致檢測或估算失敗，因此只適用于永磁電動機中速或者高速運行時的速度和位置估算。

基于觀測器的估算法：觀測器的實質(zhì)是一種狀態(tài)重構(gòu)，其原理是重新構(gòu)造一個系統(tǒng)，利用原系統(tǒng)中可直接測量的輸出信號（如定子電流）和輸入信號（驅(qū)動信號和直流母線電壓）作為重構(gòu)系統(tǒng)的輸入信號，并使其估算信號在一定條件下等價于原系統(tǒng)的狀態(tài)等價的原則是兩者的誤差在動態(tài)變化中能夠漸近穩(wěn)定地趨近于零。通常，稱估算信號為原系統(tǒng)的狀態(tài)的重構(gòu)狀態(tài)或估計狀態(tài)，而稱這個用以實現(xiàn)狀態(tài)重構(gòu)的系統(tǒng)為觀測器。目前主要采用的有非線性觀測器、全階狀態(tài)觀測器、降階狀態(tài)觀測器、擴展卡爾曼濾波器和滑模觀測器。

高頻信號注入法：這種方法的基本思想是利用逆變器，對永磁電動機施以高頻、低幅值的電壓（電流）激勵，在電動機的出線端獲取電流（電壓）響應(yīng)信號，對獲取的信號進(jìn)行處理，可估算出電動機的速度和位置。這種方法的一個基本前提條件是永磁電動機具有空間的凸極（轉(zhuǎn)子為凸極式）或者是磁路的凸極（Ld≠Lq），因此這種方法也稱為凸極追蹤法。但是隨著轉(zhuǎn)速的提高，電機的反電動勢也將增大，該部分不能被忽略，導(dǎo)致估算精度隨著轉(zhuǎn)速的提高而降低，而且該算法只能適用于內(nèi)埋式永磁同步電機。

現(xiàn)有的單個無位置傳感器控制算法都具有一定的局限性，要么適用于永磁同步電機運行的高速段如反電動勢檢測法、模型參考自適應(yīng)法、滑模觀測器法等；或者適用于低速段如高頻信號注入法等。

為了解決單個永磁同步電機無位置傳感器控制方法在全速度段中所存在的高速段或者低速段觀測精度較差的問題，現(xiàn)有的主要方法是將適合于低速段和高速段的無位置傳感控制方法進(jìn)行融合，采用融合無位置控制方法進(jìn)行解決；現(xiàn)在比較多的方法是在低速段采用高頻信號注入法而在中高速段采用反電動勢法或模型參考自適應(yīng)法；并且在中低速段實現(xiàn)兩種算法的平滑切換控制。這將大大增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，并且對于系統(tǒng)的自適應(yīng)性和運行調(diào)試帶來一定的困難，需要相對精確的電機參數(shù)，并且高頻信號注入法要求電機具有一定的凸極性，對于隱極永磁同步電機將不在適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于旋轉(zhuǎn)電流矢量的永磁同步電機無位置傳感器控制方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

提供一種基于旋轉(zhuǎn)電流矢量的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，通過以下步驟實現(xiàn)永磁同步電機的起動：

（1）設(shè)定旋轉(zhuǎn)電流矢量的幅值；

設(shè)定i_{q_ref}=1.2×I_N；i_{d_ref}=0；

式中各符號：i_{q_ref}為q軸電流給定值，單位為安培；I_N為額定電流值，單位為安培；i_{d_ref}為d軸電流給定值，單位為安培；

（2）按下述任意一種方式設(shè)定旋轉(zhuǎn)電流矢量的角頻率ω_e，

階躍方式：ω_e=常數(shù)；該常數(shù)的取值范圍是0≤ω_e≤ω_N；ω_N為電機的額定頻率