[發明專利]永磁同步電機無傳感器控制方法

在審

• 申請號: 202010803233.0
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111987959A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 呂德剛;佟泉誼
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P21/24
• 分類號: H02P21/24;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/00;H02P25/022
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所 23118
• 代理人: 陳曉光

本發明涉及一種永磁同步電機無傳感器控制方法。永磁同步電機的無傳感器情況下想要獲得轉子信息主要有兩大類方法，一類是構建狀態觀測器的方法，從反電動勢信號中獲得轉子位置信息。由于電機低速運行時反電動勢信號微弱，該類方法在低速估算轉子位置性能較差，零速度時永磁同步電機不產生反電動勢無法估計轉子位置，但在中高速范圍內有著優異的性能。本發明包括如下步驟：建立永磁同步電機模型，構建轉子磁鏈觀測器對轉子位置信息進行觀測，對轉子磁鏈觀測器進行初值估計并補償，構建轉速觀測器，將轉子位置信息轉換為轉速信息，構建id控制器完成誤差補償。本發明用于永磁同步電機無傳感器控制方法。

技術領域：

本發明涉及電機控制領域，具體涉及一種永磁同步電機無傳感器控制方法。

背景技術：

永磁同步電機是一種由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機，與異步電機相比較，永磁同步電機功率密度大、轉動慣量小、能量轉換效率高、維護費用低，廣泛應用于新能源汽車、航空航天、數控機床等領域。傳統的PMSM控制系統通常采用加裝機械位置傳感器來獲取轉子位置信息和瞬時轉速。如光電編碼器、旋轉變壓器和霍爾傳感器等，然而在復雜環境下，機械傳感器可能存在對環境要求較高、響應較慢、抗電磁干擾能力弱、以及老化等問題。因此無位置傳感器驅動控制的研究對提高系統的可靠性具有非常重要的意義和價值。

永磁同步電機的無傳感器情況下想要獲得轉子信息主要有兩大類方法，一類是構建狀態觀測器的方法，從反電動勢信號中獲得轉子位置信息。由于電機低速運行時反電動勢信號微弱，該類方法在低速估算轉子位置性能較差，零速度時永磁同步電機不產生反電動勢無法估計轉子位置，但在中高速范圍內有著優異的性能。其中最為常見的為構建滑模觀測器，滑模觀測器估算轉子位置和速度性能優良，系統魯棒性好，算法易于數字化編程，但滑模運動的本質特點會引起系統產生抖振。第二類方法是基于凸極追蹤的思想，將高頻信號注入到電機的定子，從響應電流中獲取轉子位置信息。該方法可以解決低速或零速時的電機參數辨識問題，由于該方法要求電機有一定的凸極效應，在內嵌式和插入式同步電機上可以直接實現，而針對表貼式同步電機這類凸極效應不明顯的電機則比較難實現，需要通過改造電機內部結構或是通過飽和效應等方式來實現，并且該方法會引起較大的噪音和額外的損失。

發明內容：

本發明的目的是提供一種永磁同步電機無傳感器控制方法，通過該方法解決表貼式永磁同步電機在低速及零速情況下的運行問題。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種永磁同步電機無傳感器控制方法，該算法包括如下步驟：

步驟1、建立表貼式永磁同步電機數學模型，即永磁同步電機基于靜止坐標系(α-β坐標系)的電機模型；

(1)

(2)

其中，ψ=[ψ_α, ψ_β]^T為靜止坐標系下的定子磁鏈，ψ_m為永磁體磁鏈常數，L_S為定子繞組電感,i_ab=[i_α, i_β]T和為靜止坐標系下的定子電流，u_ab=[u_α,u_β]^T為靜止坐標系下的定子電壓，R為定子線圈繞組電阻，θ為轉子位置；

步驟2、為了獲得轉子位置信息，推導出轉子磁鏈的數學模型；

綜合上面兩個公式可以得出轉子磁鏈的公式為

(3)