[發明專利]基于矩陣變換器的永磁電機無位置矢量控制系統與方法

在審

• 申請號: 201711065446.2
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107689760A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 高晗瓔;劉珊珊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/13
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 陳潤明

技術領域

本發明一種基于矩陣變換器的永磁電機無位置矢量控制系統與方法屬于高效永磁電機控 制系統領域。

背景技術

矩陣變換器是一種交-交功率變換裝置，具有能量可雙向流動、輸入輸出電流為正弦、輸 入電流畸變率低、無中間直流儲能環節、功率因數為1等優點，很適合用于驅動永磁同步電 機，組成矩陣變換器-永磁同步電機驅動系統。但由于矩陣變換器直接變換的特性，在采用空 間矢量調制策略時，電網電壓擾動會直接影響矩陣變換器的輸出。電壓不平衡是一種常見的 電網電壓擾動，會導致矩陣變換器的輸出電壓和電流中含有低次諧波，對矩陣變換器饋電的 電機驅動系統，將造成電機轉矩、轉速出現波動；電機本身參數攝動也會影響電流環響應， 進而影響電機轉矩、轉速輸出。

永磁同步電機具有功率密度高、調速范圍廣、體積小、重量輕等優點，在民用、工業和 軍事等領域得到了廣泛的應用。但針對永磁同步電機的控制需要獲得電機轉子的位置和轉速 信息，目前應用比較普遍的是光電編碼器和旋轉變壓器等裝置，而這些裝置的使用不但增加 了系統的體積和成本，降低了系統的可靠性，最重要的是目前還沒有一種單一的無傳感器技 術能過適用于在各種運行條件下有效的控制電機。

發明內容

針對上述問題，本發明提供了一種基于矩陣變換器的永磁電機無位置矢量控制系統與方 法，深入研究了抑制電網電壓擾動對系統輸出影響的控制策略，提出在矩陣變換器-永磁同步 電機驅動系統電流控制器設計中引入滑模變結構控制器，取代傳統的前饋補償控制與PI控 制結合的方式，以提高系統對電網擾動和電機參數攝動的魯棒性，同時，通過構造滑模觀測 器觀測電機的反電動勢，從反電動勢中直接或間接的估算出轉子位置和速度，簡化系統控制 結構，節省成本。

本發明的目的是這樣實現的：

一種基于矩陣變換器的永磁電機無位置傳感器矢量控制系統，其特征在于，包括三相交 流電源、RLC濾波器、矩陣變換器、永磁同步電機、控制電路、驅動電路、輸入電壓電流檢 測電路、輸出電壓電流檢測電路、信號處理電路、AC/DC電路和電源；所述三相交流電源依 次連接RLC濾波器、矩陣變換器和永磁同步電機，所述三相交流電源和RLC濾波器之間依次 連接輸入電壓電流檢測電路和信號處理電路，所述矩陣變換器和永磁同步電機之間依次連接 輸出電壓電流檢測電路、信號處理電路和控制電路，所述控制電路連接驅動電路，所述電源 依次通過AC/DC電路給驅動電路、信號處理電路和控制電路供電。

一種在所述基于矩陣變換器的永磁電機無位置傳感器矢量控制系統上實現的所述基于矩 陣變換器的永磁電機無位置傳感器矢量控制方法，具體步驟如下：

步驟a、檢測交流永磁同步電機(4)三相定子電流iu、iv和iw，經Clark變換得到兩 相靜止直角坐標系的兩相定子電流i_α和i_β，在經Park變換得到兩相旋轉坐標系下id和iq； 檢測矩陣變換器輸出的三相電壓Uu、Uv和Uw經Clark變換，輸出兩相直角坐標系下的U_α和 U_β，將i_α、i_β和U_α、U_β送入滑模觀測器中進行運算；

步驟b、永磁同步電機兩相靜止坐標系下的定子電壓U_α和U_β通過電壓重構獲得與符號函 數sign輸出量和作為滑模觀測器模型的輸入，滑模觀測器模型輸出定子電流觀測值和 和分別減定子實際電流i_α和i_β，差值和作為符號函數的輸入，經其處理后輸出兩 相靜止坐標系下的反電動勢估算值和在經過角度計算模塊獲得轉子位置經角速度 計算模塊求導獲得角速度

步驟c、將得到的轉子轉速的估算值乘以相應數值估算出轉子的轉速將估算出的轉 子轉速與給定轉速做差，差值經PI速度調節器后輸出q軸的參考電流與步驟a中的 Iq進行做差，差值經PI調節后輸出q軸參考電壓將d軸參考電流與步驟a中得到 的Id做差，差值經PI調節后的得到d軸的參考電壓將得到的和經park反變換后， 輸出兩相靜止坐標系下的和