[發明專利]基于改進方波注入的永磁同步電機無位置傳感器控制方法

有效

• 申請號: 202110587151.1
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113179068B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 劉彥呈;郭昊昊;李祥康;張珍睿;張勤進;于春來
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P6/18
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明公開了一種基于改進方波注入的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，包括：通過求取估算電流的二階微分獲取電機的轉子位置信息；在基本的注入方波電壓后的一個PWM周期內注入反向的電壓矢量，其中基本的注入方波電壓方式為每隔一個PWM周期注入一次電壓；將三個PWM周期中后一周期與前一周期的電壓方程做差、得到新電壓方程；在估算的q軸電壓中注入電壓方波，從估算的d軸電流中求取電流的二階微分、進而估算出電機的轉子位置。該方法不需要用濾波器，使得控制系統的結構得到了簡化，并且沒有相位延遲，轉子位置估算精度得到了提高；另外減小由逆變器電壓誤差、電機相電流測量誤差帶來的轉子位置估算誤差。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，尤其涉及一種基于改進方波注入的永磁同步電機無位置傳感器控制方法。

背景技術

當采用稀土材料的永磁同步電機被制作出來，永磁同步電機主要優勢是高功率密度、可靠性高、結構簡單。永磁同步電機的這些優勢剛好滿足電力推進船舶控制系統對推進電機的要求，即低轉速大轉矩，因此永磁同步電機逐漸成為船舶電力系統推進電機的首選。

與此同時，永磁同步電機的控制策略也被學者們研究和探索，不斷提出永磁同步電機的新型控制策略。目前為止，主要采用矢量控制策略來控制永磁同步電機。由于矢量控制技術中用到了坐標變換，因此要實現矢量控制就需要知道精確的轉子位置信息。

在傳統的控制系統中，轉子位置信息通常是通過在被控電機上安裝編碼器來直接測量，如光電編碼器、旋轉變壓器、測速發電機等。雖然在電機上安裝的位置傳感器能夠為電機的控制提供轉子速度和位置信息，但是，位置傳感器的應用也存在一些問題：增大了電機的體積、增加了系統維護和檢修的成本；電機和控制系統的接線口增加使系統的抗干擾性能變差、可靠性降低；在濕度較高、震動強度較大的惡劣環境下，傳感器的性能降低，可能會導致電機無法正常工作。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種基于改進方波注入的永磁同步電機無位置傳感器控制方法，該方法是以三個PWM周期為一個控制周期，第一個PWM周期不注入電壓，第二個PWM周期注入正向電壓，第三個PWM周期注入與正向電壓大小相等的反向電壓，然后利用電機的電壓方程求取該控制周期內電流響應的二階微分。電流的二階微分中含有電機的轉子位置信息，通過鎖相環即可估算出電機的轉子位置信息，從而用于電機的控制，具體方案包括：

通過求取估算電流的二階微分獲取電機的轉子位置信息；

在基本的注入方波電壓后的一個PWM周期內注入反向的電壓矢量，其中基本的注入方波電壓方式為每隔一個PWM周期注入一次電壓；

將三個PWM周期中后一周期與前一周期的電壓方程做差、得到新電壓方程；

在估算的q軸電壓中注入電壓方波，從估算的d軸電流中求取電流的二階微分、進而估算出電機的轉子位置。

進一步的，所述新電壓方程為：

其中，L₁、L₂分別為平均電感和半差電感，其中L₁＝(L_d+L_q)/2，L₂＝(L_d-L_q)/2，L_d、L_q分別為d、q軸電感，為電機的轉子位置估算誤差。

進一步的，根據電機的電壓方程求解出電流的二階微分：

其中，T_s為PWM開關周期，為估算的d軸電流的二階微分。

進一步的，所述電流的二階微分中含有電機的轉子位置信息，將該信號通入鎖相環即可估算出電機的轉子位置信息。