[發明專利]基于假定旋轉坐標法的永磁同步電機啟動控制方法

有效

• 申請號: 201810723504.4
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108880378B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 胡慶波;邱雪娜;黃晶;何金保;應宏微
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/22;H02P6/182;H02P25/022
• 代理公司: 寧波市海曙鈞泰專利代理事務所(普通合伙) 33281
• 代理人: 沈錫倍

本發明公開了一種基于假定旋轉坐標法的永磁同步電機啟動控制方法，其優點在于考慮到電機剛啟動，內部溫度還沒有變化，此時電機反電動勢常數仍為設計值，在空載啟動時電壓矢量的幅值與電機的轉速幾乎成正比，利用這點來對假定旋轉坐標法中的轉速估計修正量限幅值進行調整，從而無需兩種控制算法的切換過程就可在采用速度、電流雙閉環的算法控制中實現永磁同步電機的無速度平滑啟動；另外在啟動過程中通過對勵磁電流的控制，可以提高速度控制精度，改善系統性能，進而確保永磁同步電機在啟動過程中相電流、轉子位置無任何突變，使得轉速無任何抖動。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制技術領域，尤其是涉及一種永磁同步電機啟動控制過程的基于假定旋轉坐標法的速度、電流雙閉環控制方法。

背景技術

永磁同步電機具有體積小、功率密度大、效率高、結構簡單、噪音低以及動態響應快等優點，已經在電動汽車、空調壓縮機、電梯、抽油機等領域獲得了廣泛的應用。通常情況下，永磁電機通過編碼器反饋獲得速度信號后進行閉環控制。然而在很多應用場合下，如風機、水泵、空調壓縮機等，編碼器不僅增加了安裝、維護成本，也使驅動系統易受外界環境干擾，降低了系統的可靠性。為了提高運行效率，降低運營成本，增強在特殊工況下的可靠性，采用無位置傳感器開環矢量控制方式的驅動系統是永磁電機控制技術發展的主流趨勢。

目前，基于永磁同步電機的無速度控制算法研究主要集中在三大類：(1)基于電機本體特性的方法，如凸極效應；(2)基于電機反電動勢的估算方法；(3)基于狀態觀測器、滑模觀測器、卡爾曼濾波器的估算方法。利用反電動勢的估算方法實現較為簡單，有直接計算法和假定旋轉坐標法等；由假定旋轉坐標法進行轉速估算的永磁同步電機矢量控制框圖如圖1所示，圖1中轉速估算部分是無傳感器矢量控制系統的核心，它由兩部分組成，第一部分是由電機反電動勢計算而來，第二部分由自適應PI控制器輸出，兩部分相加獲得電機同步轉速的估計值，整個控制系統采用速度、電流雙閉環的工作模式，其中速度環輸出作為轉矩電流的給定值，勵磁電流給定值為零，兩個電流環輸出即為電壓矢量值，經空間矢量發生器后獲得三相全橋的驅動信號用于控制功率器件；這類方法在電動機高速運行時非常有效，而當電機低速或零速啟動時由于反電動勢太小會造成很大的誤差，嚴重時無法正常旋轉。而利用電機凸極效應估算轉子位置的方法，如高頻注入法，一般用于低速或零速啟動，高速時由于注入的高頻信號較高，很難用數字控制器來實現；另外這種算法原理上是利用電機交直軸電感的不對稱來獲得位置信號，因此依賴電機結構參數，不具備普適性。基于各種觀測器的估測算法具有較好的魯棒性，同時適用于高低速，但實時計算量大，對微處理器性能的依賴程度高，動態響應速度要差于前兩者。

綜上所述，雖然眾多專家學者提出了大量的無傳感器控制算法，但每種算法都存在一定的局限性。要在全速度范圍內實現開環矢量控制需要結合兩種或以上的控制策略，由此帶來的問題是如何在算法之間實現平穩的切換。實際產品應用中，通常的做法是通過開環控制將電機拖動到一定速度后，再采用反電動勢估計的方法獲得速度和位置信號。但需要考慮的是在這兩種控制方式切換時，如何實現平穩的轉矩過渡，速度控制不能出現突變。本發明專利在全速范圍內采用假定旋轉坐標法，對其啟動過程和低速區域內運行采用特殊化處理，省去了兩種控制算法的切換問題，使得電機平滑啟動，全程采用速度、電流雙閉環的控制策略。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種無需控制算法的切換過程就可實現電機的平滑啟動的基于假定旋轉坐標法的永磁同步電機啟動控制方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種基于假定旋轉坐標法的永磁同步電機啟動控制方法，具體包括以下步驟：

S1、參數初始化，設置控制參數初檔切換速度ω₀、一檔切換速度ω₁、二檔切換速度ω₂、三檔切換速度ω₃、啟動速度ω_s0s*、停機速度ω_s0e*、自適應誤差PI環輸出限幅值A₀和預設勵磁電流量i_sd0*及其與額定電流的比值k；