[發明專利]帶LC濾波器的永磁同步電機無位置傳感器控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710207464.3
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106849808B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 徐永向;王明輝;鄒繼斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P21/24
• 分類號: H02P21/24;H02P25/022;H02P21/13;H02P21/18
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

1.一種帶LC濾波器的永磁同步電機無位置傳感器控制系統，包括電流采集模塊、Clark變換模塊、Park變換模塊、反Park變換模塊、電機速度控制模塊、電機電流控制模塊、LC濾波器滑模控制模塊、狀態觀測器模塊、鎖相環模塊、空間矢量脈寬調制模塊、數字信號處理器(DSP)、三相逆變器、LC濾波器和表貼式永磁同步電機，

所述的電流采集模塊用于采集靠近逆變器端的A相電流信號i_a和B相電流信號i_b，并傳輸至Clark變換和Park變換模塊；

所述的Clark變換模塊用于將相電流變換為靜止坐標系下的變量；

所述的Park變換模塊用于將靜止坐標系下的電流變換為旋轉坐標系下的變量；

所述的反Park變換模塊用于將旋轉坐標系下的變量變為靜止坐標系下的變量；

所述的電機速度控制模塊為比例積分(PI)控制器，用于速度調節處理，并輸出電機端電流指令；所述的電機為表貼式永磁同步電機；

所述的電機電流控制模塊也采用PI控制器，用于電機端電流調節處理，并輸出電機端電壓指令，并輸入控制LC濾波器的滑模控制模塊；

所述的控制LC濾波器的滑模控制模塊用于控制輸出電壓；

所述的狀態觀測器模塊用于估算電機反電勢和電機端電流、電壓變量；

所述的鎖相環模塊(PLL)用于估算電機角度和轉速；

所述的空間矢量脈寬調制模塊利用接收到的電壓信號，計算并產生PWM信號，并通過驅動放大電路傳輸至逆變器的功率開關管；

所述的數字信號處理器(DSP)用于完成所有軟件算法；

所述的三相逆變器接收脈寬調制(PWM)信號并控制電機運行；

所述的LC濾波器用于減緩電纜反射效應。

2.一種利用權利要求1所述的系統實現帶LC濾波器的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于：所述的方法包括如下步驟：

步驟1：使用電流采集模塊采集靠近逆變器一側的A相電流i_a和B相電流i_b，信號進入DSP計算單元中，并進行Clark變換，轉換為在靜止坐標系下的α軸電流i_iα和β軸電流i_iβ以及旋轉坐標系下的d軸電流i_id和q軸電流i_iq；

步驟2：構造龍貝格(Luenberger)形式的狀態觀測器，狀態觀測器的形式為：

u＝u_iαβ，y＝i_iαβ，u_iαβ＝[u_iα u_iβ]^T，i_iαβ＝[i_iα i_iβ]^T，

式中，u_iαβ為靠近逆變器端的三相電壓信號經過Clark變換而得到的靜止坐標系下的分量；為i_iαβ的估計值；為靜止坐標系下的電機端電壓信號估計值；為靜止坐標系下電機端電流的估計值；為電機的在靜止坐標系下的反電動勢e_αβ的估計值；L矩陣為參數矩陣，L_f和C_f分別為濾波器的電感和電容值；L_s和R_s分別為電機的電感和電阻值；

通過狀態觀測器，估算出電機在靜止坐標系下的反電動勢信息和

步驟3：通過步驟2中所得的反電動勢信息，通過鎖相環(PLL)模塊估算出電機轉速并對電機轉速進行積分運算即得到電機的角度

步驟4：通過對步驟2中所得靜止坐標系下的電機端電壓和電機電流以及逆變器輸入端電流估算值進行Park變換，獲知在旋轉坐標系下的電機端電壓和電機端電流以及逆變器輸入端電流估算值；

步驟5：給定速度指令與根據步驟3中所估算出的電機速度作差，然后經過電機速度控制模塊，求出電機端電流指令i_q^*；

步驟6：將指令i_d^*設為0，與步驟4中所得作差；經過電機電流控制模塊，產生d軸上的端電壓指令u_d^*；i_q^*與步驟4中所得作差，經過電機電流控制模塊，產生q軸上的端電壓指令u_q^*；

步驟7：構造控制LC濾波器的滑模控制模塊，滑模控制模塊分為內環和外環；選取外環在旋轉坐標系下的2個滑模面：

外環的計算式為：

式中，sgn函數為符號函數，k_o和ε_o為所選取的參數；i_id^*和i_iq^*為旋轉坐標系下的逆變器輸入端電流指令；

步驟8：根據步驟7求得的外環輸出，選取內環在旋轉坐標系下的2個滑模面：

得到滑模控制模塊的內環計算式為：

式中，sgn函數為符號函數，k_i和ε_i為所選取的參數；u_id^*和u_iq^*為旋轉坐標系下的逆變器輸入端電壓指令；

步驟9：u_id^*和u_iq^*經過反Park變換，得到靜止坐標系下逆變器輸入端電壓指令

步驟10：步驟9中求得的電壓指令經過空間矢量調制模塊(SVPWM)，輸出脈寬調制波，從而控制逆變器，并通過逆變器驅動電機和濾波器。