[發(fā)明專利]用于驅(qū)動(dòng)永磁式同步電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810905505.0
• 申請(qǐng)日: 2018-08-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108964556A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王威;王弦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙威克電力技術(shù)科技有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/28
• 分類號(hào): H02P21/28;H02P21/18
• 代理公司: 北京聿華聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11611
• 代理人: 朱繪;張文娟

本發(fā)明提供一種用于驅(qū)動(dòng)永磁式同步電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制方法，其包括以下步驟：檢測(cè)所述永磁式同步電機(jī)側(cè)實(shí)際運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的電樞三相電流；基于所述電樞三相電流和轉(zhuǎn)子速度的估計(jì)值通過(guò)類鎖相環(huán)對(duì)所述永磁式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度進(jìn)行估計(jì)；基于所述電樞三相電流和估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度采用改進(jìn)的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電阻進(jìn)行不斷地修正和估計(jì)；基于所述估計(jì)的轉(zhuǎn)子角速度、所述三相電流、所述估計(jì)的轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電阻產(chǎn)生估計(jì)的前饋定子電壓；基于所述前饋定子電壓來(lái)控制所述永磁式同步電機(jī)的逆變器的輸出，以進(jìn)行所述電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及用于驅(qū)動(dòng)永磁式同步電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制裝置。

背景技術(shù)

永磁式同步電機(jī)PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor，簡(jiǎn)稱PMSM)的工作原理是，定子的三相繞組中通入三相對(duì)稱電流，轉(zhuǎn)子則由永磁體產(chǎn)生基本恒定的靜止磁場(chǎng)。在定子三相對(duì)稱繞組中通入三相交變電流時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與定子磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)相等，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)因受定子磁場(chǎng)磁拉力作用而隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子以等同于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度、方向旋轉(zhuǎn)。

在設(shè)計(jì)永磁式同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)PMSM時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩變化率可按照線性曲線和非線性曲線進(jìn)行控制。通常大多選擇線性曲線，線性曲線一般是將轉(zhuǎn)矩變化率設(shè)置為時(shí)間的函數(shù)，如圖1所示。線性函數(shù)關(guān)系處理起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但是系統(tǒng)加速性偏慢，很難滿足系統(tǒng)在快速起步、快速加速和有效能量回饋。而非線性曲線的種類很多，但大多處理過(guò)程復(fù)雜計(jì)算量過(guò)大，系統(tǒng)響應(yīng)特性較差。

由于永磁式同步電機(jī)PMSM的控制工況復(fù)雜，環(huán)境惡劣，當(dāng)設(shè)定電流較大，且處于深度弱磁時(shí)，如果轉(zhuǎn)矩變化率太快，很容易導(dǎo)致實(shí)際電流無(wú)法跟蹤設(shè)定電流，使電流調(diào)節(jié)器迅速飽和，導(dǎo)致電流失控。一旦電流失控，電機(jī)及其控制器將有可能出現(xiàn)超速、過(guò)流、直流母線電壓升高等故障。因此，永磁式同步電機(jī)PMSM的穩(wěn)態(tài)控制一直是本領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

無(wú)速度傳感器控制技術(shù)的發(fā)展始于常規(guī)帶速度傳感器的傳動(dòng)控制系統(tǒng)，解決問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)是利用檢測(cè)的定子電壓、電流等容易檢測(cè)到的物理量進(jìn)行速度估計(jì)以取代速度傳感器。重要的方面是如何準(zhǔn)確地獲取轉(zhuǎn)速的信息，且保持較高的控制精度，滿足實(shí)時(shí)控制的要求。無(wú)速度傳感器的控制系統(tǒng)無(wú)需檢測(cè)硬件，免去了速度傳感器帶來(lái)的種種麻煩，提高了系統(tǒng)的可靠性，降低了系統(tǒng)的成本；而另一方面，由于不使用檢測(cè)元件，因此使得系統(tǒng)的體積小、重量輕，而且減少了電機(jī)與控制器的連線，使得采用無(wú)速度傳感器的異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用廣泛。

然而，在大多數(shù)基于反電動(dòng)勢(shì)的無(wú)傳感器的控制中，同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型只是作為參考。因此，在低速區(qū)里，當(dāng)參數(shù)或負(fù)載條件有變化時(shí)，系統(tǒng)不能保持穩(wěn)態(tài)。由于定子電阻和轉(zhuǎn)子磁鏈隨著溫度的變動(dòng)而變化，無(wú)傳感器系統(tǒng)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要防止磁的飽和與老化、保持系統(tǒng)的魯棒性和精準(zhǔn)地估算參數(shù)的值。

在定子前饋電壓估計(jì)法中，針對(duì)永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中的電壓電流關(guān)系模型，在穩(wěn)態(tài)時(shí)采用近似線性化方法，基于電機(jī)參數(shù)和電流給定值估計(jì)出用于前饋控制的定子電壓。方程描述如下：

然而，定子前饋電壓估計(jì)依賴于電機(jī)參數(shù)，在低速時(shí)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)參數(shù)的變化非常敏感，因而容易引起振動(dòng)。

還可以通過(guò)采用滑模觀測(cè)器來(lái)對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。滑模觀測(cè)器是指根據(jù)系統(tǒng)的外部變量(輸入變量和輸出變量)的實(shí)測(cè)值得出狀態(tài)變量估計(jì)值的一類動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，也稱為狀態(tài)重構(gòu)器。然而，采用滑模觀測(cè)器的系統(tǒng)的擾動(dòng)估計(jì)噪聲比較大，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要增加額外的濾波器。

因此，目前需要提供一種在電機(jī)尤其是處于低速情況下用于驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)的無(wú)傳感器控制系統(tǒng)仍然具有很高的穩(wěn)定性能的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于驅(qū)動(dòng)永磁式同步電機(jī)的無(wú)速度傳感器控制方法，所述方法包括以下步驟：