[發明專利]一種無速度傳感器控制的永磁同步電機

有效

• 申請號: 202111663625.2
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114221584B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 孫海晶;李鵬;田杰;李銳;吳浩偉;孫朝暉;姜波;吳鈁;金翔;蔡凱;蔡久青;陳晶;胡德旺;汪文濤;孔祥偉;李小謙;歐陽暉;李可維;周樑;邢賀鵬;金惠峰
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: H02P6/06
• 分類號: H02P6/06;H02P6/34;H02P21/24;H02P21/18
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明提供了一種無速度傳感器控制的永磁同步電機，該永磁同步電機在低速階段采用速度開環的I/f控制，在中高速階段采用基于滑模觀測器的矢量定向控制，在低速階段和中高速階段控制方法切換時過程中，采用參數繼承的方式實現兩種控制方法的平滑過渡。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機技術領域，特別涉及一種無速度傳感器控制的永磁同步電機。

背景技術

隨著船舶動力系統的發展，永磁同步電機在船舶電力拖動領域中的使用日益廣泛。受制于安裝環境條件等因素的限制，旋轉編碼器及光電編碼器等速度測量裝置的安裝難度較大，因此艦船用永磁同步電機多采用無速度傳感器的控制方式。在低頻段一般使用速度開環的I/f控制方法，在中高頻段一般使用基于滑模觀測器的矢量定向控制方法。在低頻段至中高頻段的切換前后，兩種控制方法的不同導致電機的驅動電壓產生突變，電機出現抖動、卡轉等現象。

發明內容

本發明提出一種能夠在低轉速和中高轉速之間實現平滑切換的無速度傳感器控制的永磁同步電機。

本發明旨在提供一種無速度傳感器控制的永磁同步電機，其特征在于，所述無速度傳感器控制的永磁同步電機包括電機本體、控制模塊和運算模塊；

所述電機本體是不設有編碼器的永磁同步電機；所述控制模塊與電機本體電連接，用于對電機本體發送控制指令，實現對永磁同步電機的控制；所述運算模塊用于通過對各項參數進行計算，生成最終控制模塊輸出的控制指令；

在低速運行階段中，所述控制模塊向電機本體發出預設的電機電流指令值以及初始角度值，運算模塊使用當前角度值和轉速生成坐標系，將預設的電機電流指令值與采樣的電機電流值相減得到的差值進行閉環控制運算，獲得在當前生成的坐標系下的電機控制電壓，將PI運算得到的結果在生成的坐標系下進行反park變換計算，計算結果作為電機的實際控制電壓，由控制模塊對電機本體進行調控；

在中高速運行階段中，所述運算模塊將電機控制目標轉速與觀測轉速的差值進行PI運算，得到的結果作為計算電機電流指令值，計算指令電機電流值與采樣電機電流指令相減得到的差值進行PI運算，將PI運算得到的結果在觀測坐標系下進行park反變換計算，計算結果作為電機的控制電壓，由控制模塊對電機本體進行調控；

在低速控制轉切換至中高速控制的過程中，運算模塊將低速運行階段中生成的控制電壓在滑模觀測坐標系下進行反park變換計算，作為切換后第一個控制周期的電機電壓控制指令；運算模塊將低速控制中的預設電機電流指令值在生成的坐標系下進行park反變換計算，并在觀測坐標系下進行park正變換，得到預設指令電機電流值在觀測坐標系下的d軸分量和q軸分量，將d軸分量作為切換后的d軸計算指令電機電流值，并使其在1秒內衰減到零；將得到的q軸分量作為切換后的q軸計算指令電機電流值。

最后，運算模塊將d軸分量作為切換后的d軸計算指令電機電流值，并使其在1秒內衰減到零；將得到的q軸分量作為切換后的q軸計算指令電機電流值。

更進一步地，所述無速度傳感器控制的永磁同步電機還包括滑模觀測器和位置跟蹤器，所述滑模觀測器用于進行角度觀測并生成觀測坐標系，所述位置跟蹤器用于獲取電機觀測轉速；

所述滑模觀測器的第一參數k，根據當前的電機觀測速度，計算滑模觀測器第二參數m，使第二參數m與第一參數k成正比；

通過傳感器采樣得到的電機電流，將電流進行clark變換，得到當前的兩相靜止坐標系下的電機的電流和電壓；

根據第二參數m，第一參數k以及兩相靜止坐標系下的電機的電流和電壓，通過滑模觀測器狀態方程計算出兩相靜止坐標系下的擴展反電動勢，并將所有狀態變量進行更新；

將所述擴展反電動勢和輸入位置跟蹤器進行計算，得到電機觀測轉速，對觀測轉速積分得到電機觀測角度，將該觀測角度帶入全階滑模觀測器的狀態空間方程，并重復進行計算迭代，最終電機觀測轉速和角度將收斂到實際轉速和角度。