[發明專利]用于單電流傳感器系統的方波注入無位置傳感器控制方法

在審

• 申請號: 202210665153.2
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN114977956A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 吳春;鄭露華
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H02P21/24
• 分類號: H02P21/24;H02P21/32;H02P21/14;H02P21/18;H02P25/022
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 趙芳

一種用于單電流傳感器系統的方波注入無位置傳感器控制方法，通過設計一種邊沿對齊式脈沖寬度調制方法，準確采樣出方波電壓注入下的相電流，并計算出差分電流，輸入至鎖相環，可以估計轉子位置和速度。同時可以利用正、負脈沖，采用所提邊沿式脈寬調制電流采樣方法，辨識出轉子磁極的極性，從而實現可靠的無位置傳感器閉環控制。本發明提供的單電流傳感器方波注入無位置傳感器控制方法，控制性能優異，方法實施簡單、計算量小、邏輯清晰，為實現內嵌式永磁同步電機的低成本、高性能低速無位置傳感器控制提供了一種切實可行的方法。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機無位置傳感器控制領域，涉及一種基于邊沿對齊式PWM調制方法應用于單電流傳感器系統的方波注入無位置傳感器控制方法。

背景技術

永磁同步電機的出現提高了現代電力驅動系統的效率、功率密度和動態性能。為了實現矢量控制，驅動器需要獲得電機轉子的位置信息以及電流信息。而獲取位置和電流信息常規方法是使用特定的傳感器，但這無疑會增加系統成本以及不穩定因素。

為進一步降低成本、增強魯棒性以及擴展PMSM的應用領域，PMSM的無位置傳感器控制已經成為電機控制領域的研究熱點。無位置傳感器控制技術通常需要獲取電機的兩相或三相電流，但是中小型變頻器對性價比要求較高，電流采樣電路在整機的成本中所占的比例不可忽略。較為常規的電流采樣方式是兩個電流傳感器測量電流，但是這存在著兩個電流傳感器精度及放大倍數不一致所產生的誤差問題，而且增加了成本。使用單電阻采樣母線電流重構電機的相電流即可避免傳感器性能不一致而產生的誤差而且降低了系統成本。因此，基于單電阻采樣系統的永磁同步電機無位置傳感器控制方法成為了一個研究熱點。

文獻《單電阻采樣永磁同步電機低速運行無傳感器控制策略》(陳非凡.哈爾濱工業大學，2021.)提出了一種回溯-預測重構誤差補償方法，有效降低了相電流重構誤差，補償后的電流等效于零矢量中點處的電流值。最后通過基于正交電壓注入的無位置傳感器控制策略，實現了空調壓縮機的低速運行控制。文獻《A High Frequency InjectionTechnique With Modified Current Reconstruction for LowSpeed SensorlessControl of IPMSMs With a Single DC-Link Current Sensor》(Jing Zhao.Etc,McMaster University,2019)通過6向方波注入法逼迫合成矢量離開不可觀測區，保證電流的順利采樣，同時依靠高頻響應電流解調出轉子位置實現電機無感控制。文獻《DynamicPerformance Evaluation of Sensorless Permanent-Magnet Synchronous MotorDrives With Reduced Current Sensors》(Matteo Carpaneto.Etc,University ofGenova)利用增加測試脈沖的形式來采集相應的相電流，然后利用反電動勢觀測器進行電機的無感控制。

上述這些方法均能在單電阻系統中實現電機無傳感器控制，但存在著以下一些問題：

(1)部分基于調制方式改進的方法存在著開關次數增加、調制比降低、采樣次數增加等問題；

(2)通過觀測器重構三相電流進行高頻方波注入的方法存在著計算量大的問題，不太適合受成本限制的低性能處理器。

(3)通過修改硬件拓撲利用單電流傳感器實現三相電流重構的方法一般需要更改硬件電路拓撲、采用在相線上采樣的霍爾元件實現，也限制了這種方法在常規的低成本方案的使用。

(4)采用反電動勢法等進行電機無感控制的方法存在低速時存在控制性能較差的問題，與高頻信號注入法存在一定差距。

發明內容