專利名稱：面貼式永磁同步電機(jī)的低速無(wú)位置傳感器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面貼式永磁同步電機(jī)(SPMSM)低速和零速無(wú)位置傳感器控制的方法，屬于永磁電機(jī)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制需要精確的轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速信號(hào)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。傳統(tǒng)的檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁極位置的方法中，多采用機(jī)械傳感器，如光電編碼器或者旋轉(zhuǎn)變壓器等，使得永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能在一些特殊的場(chǎng)合里可靠地工作，如航天、水下以及過(guò)熱、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，無(wú)傳感器控制技術(shù)在這些場(chǎng)合比具有機(jī)械傳感器的系統(tǒng)具有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)適用的轉(zhuǎn)速區(qū)間不同，可以把永磁同步電機(jī)無(wú)位置傳感器控制方法分為兩大類一類適用于中高速，大多基于電機(jī)基波模型；另一類適用于低速(或零速)，多為基于電機(jī)諧波模型，利用電機(jī)結(jié)構(gòu)的物理特性或電感的飽和特性。眾所周知，后者的實(shí)現(xiàn)難度較前者要高，是無(wú)位置傳感器技術(shù)的關(guān)鍵。永磁同步電機(jī)分為凸極式和隱極式兩種形式。面貼式永磁同步電機(jī)屬于隱極式， 其特點(diǎn)為通常情況下，交軸和直軸電感近似相等，即Ltl = Ld。但有研究表明，隨著電機(jī)磁路的飽和，會(huì)導(dǎo)致直軸電感隨之變小，此時(shí)呈現(xiàn)出Ltl > Ld，稱為電感飽和效應(yīng)。據(jù)此，韓國(guó)學(xué)者％111^-燈Sul等提出了脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入法，在估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸上注入高頻正弦電壓信號(hào)，利用這種電感飽和效應(yīng)，獲得有效的凸極特性來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)。 該方法不需要確切的電機(jī)參數(shù)，所以成為了面貼式永磁同步電機(jī)低速無(wú)位置傳感器控制的研究熱點(diǎn)。在應(yīng)用脈動(dòng)高頻電壓信號(hào)注入法時(shí)，首先是建立永磁同步電機(jī)的高頻模型，然后基于此高頻模型進(jìn)行估計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了簡(jiǎn)化，通常做出兩個(gè)忽略在高頻電壓信號(hào)激勵(lì)下 UiaCOS (ω ht)，定子相繞組的高頻感抗值《hL遠(yuǎn)大于電阻值Rs，即《hL □ Rs，忽略電機(jī)的電阻，將等效為了純電感模型；由于所加的高頻信號(hào)角頻率高于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角頻率，即 "hD ωε，認(rèn)為 0，則忽略電壓方程中的反電動(dòng)勢(shì)項(xiàng)，以及交叉耦合項(xiàng)ω、和 "eLdo得到如下電機(jī)的電壓方程
權(quán)利要求
1. 一種面貼式永磁同步電機(jī)的低速無(wú)位置傳感器控制方法，其特征在于包括如下具體步驟步驟(1)建立實(shí)際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q、估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系J-S和實(shí)際兩相靜止坐標(biāo)系α-β，定義估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置誤差為= 么其中，θ定義為實(shí)際位置j定義為估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置d的初始值為0 ；步驟O)在估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系》1的》軸上注入高頻電壓信號(hào)& zf^cosK )，用于驅(qū)動(dòng)面貼式永磁同步電機(jī)，具體還包括如下處理步驟在估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的^軸上注入高頻電壓信號(hào)‘if/^cosh/)， 將該高頻電壓信號(hào)4與電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的)軸輸出4相加，共同作為J軸電壓給定4，其中，Umh定義為高頻電壓信號(hào)的幅值，義為高頻電壓信號(hào)的角頻率；步驟02)采用估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置么將步驟(2)中的J軸電壓給定4與電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出的6軸電壓結(jié)合弋進(jìn)行Park逆變換和Clarke逆變換，獲得三相電壓給定值ua、ub和Uc ； 步驟03)對(duì)步驟02)中的三相電壓給定值ua、ub和u。進(jìn)行SPWM調(diào)制，得到六個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述六個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于控制三相全橋逆變器，從而驅(qū)動(dòng)面貼式永磁同步電機(jī)；步驟⑶檢測(cè)面貼式永磁同步電機(jī)的兩相電流、和iB，并進(jìn)行電流閉環(huán)控制，具體還包括如下處理步驟(31)檢測(cè)面貼式永磁同步電機(jī)的兩相電流、和iB，將兩相電流、和iB經(jīng)過(guò) Clarke逆變換得到實(shí)際兩相靜止坐標(biāo)系α-β下的α軸電流ia和β軸電流ie ；步驟(32)利用估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置么將步驟(31)中得到的實(shí)際兩相靜止坐標(biāo)系下的a 軸電流1和β軸電流ie進(jìn)行Park坐標(biāo)系變換，得到估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系Jj下的J、q 軸電流&和‘，利用^軸電流&判斷并得到永磁體磁極極性結(jié)果；步驟(33)將步驟(32)中得到的估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的J、纟軸電流&和&進(jìn)行低通濾波處理，得到‘和‘,分別將‘和&與給定的電流idref和相減，得到L和‘,并將 ‘和‘送入電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器，進(jìn)行電流閉環(huán)控制，其中，idref = 0，定義為速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出值；步驟利用步驟(3)中得到的估計(jì)的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸的電流^，設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速的估計(jì)系統(tǒng)，具體還包括如下處理步驟Gl)構(gòu)造出一種調(diào)制信號(hào)^(t)，將‘與。相減得到‘并利用鎖相環(huán)技術(shù)鎖定‘的相位，其中，gm(t)的幅值是1，相位與^中頻率為《“言號(hào)的相位相同；步驟(42)將步驟(41)中的調(diào)制信號(hào)gm(t)與(相乘，得到信號(hào)8力)； 步驟對(duì)步驟0 中的信號(hào)^11 (O1進(jìn)行低通濾波處理，得到轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速估計(jì)所需的輸入量 ·(Δ θ)；步驟(5)進(jìn)行誤差補(bǔ)償處理，得到最終估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置A，具體包括如下處理 步驟(51)將步驟中的得到的轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速估計(jì)所需的輸入量f(A θ)經(jīng)過(guò)一個(gè)增益放大器h后，得到估計(jì)轉(zhuǎn)速6 ；步驟(52)將估計(jì)轉(zhuǎn)速^與補(bǔ)償系數(shù)k。相乘，并相乘后的結(jié)果與轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速估計(jì)所需的輸入量θ)相加后共同作用于增益放大器1^ ；步驟(53)對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)速^進(jìn)行積分，結(jié)合步驟(32)中利用^軸電流&判斷并得到的永磁體磁極極性結(jié)果，得到最終估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置焱；步驟出)用給定轉(zhuǎn)速減去步驟(51)中得到的估計(jì)轉(zhuǎn)速^后，送入速度環(huán)PI調(diào)節(jié)器，進(jìn)行速度閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種面貼式永磁同步電機(jī)的低速無(wú)位置傳感器控制方法，其中，包括一種估計(jì)系統(tǒng)中的調(diào)制信號(hào)的構(gòu)造方法，以及一種位置估計(jì)誤差的補(bǔ)償方法，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的面貼式永磁同步電機(jī)的低速無(wú)位置傳感器控制方法從本質(zhì)上解決了電機(jī)參數(shù)和注入信號(hào)頻率的變化對(duì)估計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響以及實(shí)現(xiàn)了估計(jì)位置對(duì)實(shí)際位置的準(zhǔn)確跟蹤，保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02P6/08GK102545740SQ20121000405
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者馮瑛, 劉穎, 周波, 趙承亮 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)