專利名稱：永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置和控制方法
技術領域：
本發明涉及永磁同步電動機，特別是一種永磁同步電動機的無位置傳感器控制裝置和控制方法。
背景技術：
電動機常用在需要高速驅動的場合，例如在PCB加工行業，用戶對孔位的“小而細”的要求越來越高，這就要求主軸電機的旋轉速度也越來越高，因此驅動裝置電動機的旋轉速度也要求越來越高。然而，對于高速驅動裝置，在電動機的電機轉子上裝位置傳感器是件非常困難的事，因此有必要對電機采用無位置傳感器的控制方式。感應電機不需位置傳感器就能輕松驅動，現有超高速驅動大多是采用感應電機來帶動的，但是，感應電機驅動相對于永磁同步電動機驅動而言，效率低且不利于節能，再則，控制方式是全開環的，在加工受到沖擊負載時無法穩定電機的速度。因此，已有許多研究是針對永磁同步電動機的無傳感器控制的。相關的文獻例如，‘、ensorless Speed Estimation of PMSM Using a Hybrid Method，，，Y. Liu, J. Liu, L. Dai and C. Yu, Proceedings of the 7th World Congress on Intelligent Control and Automation，pp. 3451—3454，2008。在從電機啟動直至Ij其在高速區運行的整個過程中，通過檢測電動機線圈上流過的電流，來推測磁極的位置，以對電動機進行實施閉環負反饋控制。然而，按照這種永磁同步電動機無傳感器控制方案，電動機起動時，由于磁極的位置推定誤差大的緣故，易造成脫調失步現象。

發明內容
本發明的主要目的就是針對現有技術的不足，提供永磁同步電動機的無位置傳感器控制裝置和方法，保證電動機在高低速都能穩定可靠地運行，并最大限度地提高效率，達到節能效果。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案一種永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置，包括閉環負反饋控制系統、開環控制系統、切換判斷器和切換開關，所述切換判斷器用于至少基于同步電動機的轉速控制所述切換開關在所述開環控制系統與所述閉環負反饋控制系統之間進行切換，在判斷同步電動機未達到設定速度時，切換到所述開環控制系統以對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，切換到所述閉環負反饋控制系統以對同步電動機進行閉環控制，其中，在同步電動機運行到所述設定速度時所述閉環負反饋控制系統反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值滿足預定精度要求。一種永磁同步電動機無位置傳感器控制方法，包括以下步驟判斷同步電動機是否運行在設定速度之上，在判斷同步電動機未達到設定速度時，通過開環控制系統對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，通過閉環負反饋控制系統對同步電動機進行閉環控制，其中所述設定速度按照以下條件預先設定所述閉環負反饋控制系統在同步電動機運行到所述設定速度時反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值不低于預定精度。本發明有益的技術效果在于采用本發明的永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置/方法，通過判斷同步電動機的運行速度，在低速時對同步電動機進行開環拖動控制，在電動機運行到一定速度后再利用推定的電氣相位與旋轉速度(磁極的位置和速度)來進行閉環反饋控制，與現有的永磁同步電動機驅動相比，本發明有效消除了在低速情況下采用閉環控制由于推定值誤差大而帶來的不穩定、易造成脫調失步的現象，保證電動機在高低速時都能穩定可靠地運行，有利于最大限度地提高工作效率并達到良好節能效果。


圖1-圖4為本發明永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置的多個實施例的系統結構示意圖。
具體實施例方式以下通過實施例結合附圖對本發明進行進一步的詳細說明。在一個實施例里，永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置，包括閉環負反饋控制系統、開環控制系統、切換判斷器和切換開關，所述切換判斷器用于至少基于同步電動機的轉速控制所述切換開關在所述開環控制系統與所述閉環負反饋控制系統之間進行切換，在判斷同步電動機未達到設定速度時，所述切換開關切換到所述開環控制系統以對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，所述切換開關切換到所述閉環負反饋控制系統以對同步電動機進行閉環控制，其中，所述設定速度滿足以下條件 在同步電動機運行到所述設定速度時所述閉環負反饋控制系統反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值滿足預定精度要求。圖1所示為本發明的一個優選實施例。參見圖1，永磁同步電動機的無傳感器控制裝置包含閉環負反饋控制系統、開環控制系統、切換判斷器和切換開關在內的各部分，各個部分的信號處理關系如下減算器1，從給定的目標速度指令ω*中減去推定速度0^后得到速度偏差e。速度控制器2，基于速度偏差e進行PI演算后得到q軸電流指令I:。電流控制器3，基于q軸電流指令G和給定的d軸電流指令I/及反饋回來的q軸電流指令Itl和d軸電流指令Id 演算得到閉環d軸電壓指令Vdc*和閉環q軸電壓指令V,/。Park逆變換器5，將d、q軸電壓指令V/和V/轉換為α、β軸電壓指令ν/和ν/。Clarke逆變換器6，將α、β軸電壓指令ν/和ν/轉換為三相電壓指令<，ν；和、。PWM逆變器7，將三相電壓指令<，ν；和 ν/轉換為三相PWM電壓vu，Vv和vw并將之輸出到同步電動機8。電流傳感器9，檢測同步電動機8的兩相或三相電流，圖例所示為檢測W兩相電流‘和iw。加減器10，根據基爾霍夫原理計算出ν相電流iv。Clarke變換器11，將三相電流iu，iv*iw轉換為α、β軸電流 ia和％。Park變換器12，將α、β軸電流ia和％轉換為d、q軸電流id和i,并反饋到電流控制器3。基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器13，基于同步電動機8的靜止坐標系模型方程式、輸入α、β軸電流、和％及α、β軸電壓指令ν/和ν/計算出推定電氣相位θ 和同步電動機8的推定速度；或是另增加高通濾波器(HPF)和增益器(未圖示)，高通濾波器由推定電氣相位計算出推定電氣速度ω &而增益器將推定電氣速度乘以同步電動機8的極對數ρ的倒數得到同步電動機8的推定速度ω—積分器17，將目標速度指令ω*積分后得到目標位置指令Θ*。增益器18，將目標位置指令Θ*乘以同步電動機8的極對數ρ得到開環電氣相位開環電壓指令產生器19，根據目標速度指令 ω*產生出開環d軸電壓指令Vdt；和開環q軸電壓指令Vq:。切換判斷器16，根據目標速度指令ω*、開環電氣相位06。及推定電氣相位θ 來判斷并發出切換命令。切換開關4，根據切換命令進行切換。切換判斷器16根據目標速度指令ω*及開環電氣相位θ e。與推定電氣相位0es 差的大小進行判斷，并向切換開關4發出切換命令來改變對同步電動機8的控制方式。一方面，目標速度指令ω*經過積分器17被積分后成為目標位移指令Θ*，目標位移指令再被乘以同步電動機8的極對數ρ后成為開環電氣相位Θμ。與此同時，開環電壓指令器19根據目標速度指令ω*產生開環d軸電壓指令Vdt；和開環q軸電壓指令V:。由于電動機的反電動勢隨轉速的增加而增大，優選地，開環d軸電壓指令Vdt；可設為一定值， 開環q軸電壓指令V:可設為目標速度指令ω *的一次函數，或者開環d軸電壓指令Vdt；與開環q軸電壓指令V:都設為目標速度指令ω*的一次函數。這樣可以讓合成電壓矢量總是大于反電動勢而不易脫調。另一方面，速度控制器2根據目標速度指令ω*與推定速度0^之差產生q軸電流指令在給定d軸電流指令I/( 一般給定為0)后，電流控制器3根據d軸電流指令I/ 和q軸電流指令I:產生閉環d軸電壓指令Vdc*和閉環q軸電壓指令V,。*。當目標速度指令ω*較小時，切換判斷器16發出開環指令讓切換開關4將開環d 軸電壓Vd。和開環q軸電壓\。分別接換到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V/，同時將開環電氣相位96。接換到電氣相位然后根據電氣相位θ Jfd軸電壓指令V/和q軸電壓指令Vt；經過Park逆變換后產生α軸電壓指令ν/和β軸電壓指令ν/，再將α軸電壓指令ν/和β軸電壓指令ν/經過Clarke逆變換后產生三相電壓指令vu*，ν；, ν/。最后，將三相電壓指令νΛ ν；, ν/經過PWM逆變器逆變后產生三相電壓輸出到同步電動機8 的三相線圈而產生旋轉磁場帶動轉子同步旋轉，即實現了開環旋轉電壓拖動控制。與此同β，電流傳感器9檢出流入同步電動機8的電流。一般檢測出任意兩相電流即可，根據基爾霍夫原理可以很簡單地計算出第三相的電流。將三相電流指令iu，iv，iw 經過Clarke變換后產生α軸電流ia和β軸電流ie，再將α軸電流ia和β軸電流ie 經過Park變換后產生d軸電流Id和q軸電流I,。基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器 13輸入α、β軸電壓指令ν/，ν/以及α、β軸電流i α，i e，計算出同步電動機8的推定電氣相位θ ^最后，將推定電氣相位θ 經過一個由微分器與低通濾波器結合而成的高通濾波器(HPF)后得到推定電氣速度再將推定電氣速度除以同步電動機8的極對數P后得到推定速度《s。當目標速度指令ω*超過預定值時，切換判斷器16發出閉環指令讓切換開關4將閉環d軸電壓Vd。和閉環q軸電壓\c分別接換到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V/，同時將推定電氣相位θ 接換到電氣相位θ e。這樣，對同步電動機完成了電流矢量負反饋控制的同時，也完成了速度負反饋控制。所述預定值的大小可以視PWM逆變器的死區時間的長短而定。優選地，對于較長的死區時間設置較大的預定值。死區時間長的話，逆變器輸出的三相電壓與三相電壓指令之間的差也大，這就需要讓電動機開環運行到較高速度，以便增大三相電壓指令，減少實際加在電動機上的電壓與電壓指令之間的相對誤差，從而提高相位的推定精度。優選地，切換在滿足運行速度條件的前提下，在開環電氣相位與推定電氣相位θ 之差較小(如達到一個設定較小差值)的時候進行，以減少切換帶來的沖擊。綜上所述，低速時同步電動機的電氣相位與旋轉速度的推定誤差雖然較大，但由于采用開環電氣相位對同步電動機進行開環旋轉電壓拖動控制，同步電動機能安定可靠地被拖動至較高速度。進入高速區后，同步電動機的電氣相位與旋轉速度的推定精度變得較高，此時采用推定電氣相位與推定旋轉速度進行閉環負反饋控制便可抵抗住加工時負載的沖擊而穩速地運行，并且由于采用了矢量控制，同步電動機的工作效率可以達到很高。前述實施例中，開關控制系統和閉環控制系統均采用了矢量控制，但這僅是優選的實施方案，本領域技術人員能夠理解，控制系統不采用矢量控制也是可行的。圖2所示為本發明另一優選的實施例。參見圖2，本實施例與圖1所示的實施例相比，在結構上除了以下兩點之外其他均相同一是開環電流指令產生器20取代了開環電壓指令產生器19。根據目標速度指令 ω*產生出開環d軸電流指令id(；和開環q軸電流指令；二是切換開關4由電流控制器3之后被移至電流控制器3之前。切換判斷器16根據目標速度指令ω*向切換開關4發出切換命令來改變對同步電動機8的控制方式。—方面，目標速度指令ω*經過積分器17被積分后成為目標位移指令θ *，目標位移指令再被乘以同步電動機8的極對數ρ后成為開環電氣相位Θμ。與此同時，開環電流指令器20根據目標速度指令ω*產生開環d軸電流指令Ij和開環q軸電流指令I:。 鑒于電動機的力矩近似與q軸電流成正比而幾乎與d軸電流無關，一般開環d軸電流指令 Ij可設為0，開環q軸電流指令I:可設為目標速度指令ω*的微分值的一次函數。這樣可以讓電動機的力矩隨加速度的增大而增大，不易出現脫調現象。另一方面，速度控制器2根據目標速度指令ω*與推定速度0^之差產生q軸閉環電流指令Iv*,同時給定d軸閉環電流指令Idc* ( —般給定為0)。當目標速度指令ω*較小時，切換判斷器16發出開環指令讓切換開關4將開環d 軸電流指令Ij和開環q軸電流指令I:分別接換到d軸電流指令I/和q軸電流指令It；， 同時將開環電氣相位96。接換到電氣相位然后電流控制器3根據d軸電流指令I/和 q軸電流指令G產生d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V/，并根據電氣相位θ e將d軸電壓指令V/和q軸電壓指令Vt；經過Park逆變換后產生α軸電壓指令ν/和β軸電壓指令ν/，再將α軸電壓指令ν/和β軸電壓指令ν/經過Clarke逆變換后產生三相電壓指令<，ν；, ν/。最后，將三相電壓指令<，ν；, ν；經過PWM逆變器逆變后產生三相電壓輸出到同步電動機8的三相線圈而產生旋轉磁場帶動轉子同步旋轉。與此同時，電流傳感器9檢出流入同步電動機8的電流。一般檢測出任意兩相電流即可，跟據基爾霍夫原理可以很簡單地計算出第三相的電流。將三相電流指令iu，iv，iw 經過Clarke變換后產生α軸電流ia和β軸電流ie，再將α軸電流ia和β軸電流ie 經過Park變換后產生d軸電流Id和q軸電流I,。基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器 13根據α β軸電壓指令ν/，ν/以及α β軸電流ia，i0計算出同步電動機8的推定電氣相位θε3。最后，將推定電氣相位θ es經過一個由微分器與低通濾波器結合而成的高通濾波器(HPF)后得到推定電氣速度再將推定電氣速度除以同步電動機8的極對數P后得到推定速度《s。當目標速度指令ω*超過一定值時，切換判斷器16發出閉環指令讓切換開關4將閉環d軸電流指令Idc*和閉環q軸電流指令Iv*分別接換到d軸電流指令I/和q軸電流指令ΙΛ同時將推定電氣相位^s接換到電氣相位、。這樣，對同步電動機完成了電流矢量負反饋控制的同時，也完成了速度負反饋控制。綜上所述，低速時永磁同步電動機的電氣相位與旋轉速度的推定誤差較大，雖然電流閉環但由于采用開環電氣相位對同步電動機進行開環旋轉電流拖動控制，同步電動機能安定可靠地被拖動至較高速度。進入高速區后，同步電動機的電氣相位與旋轉速度的推定精度變得較高，此時采用推定電氣相位與推定旋轉速度進行閉環負反饋控制便可抵抗住加工時負載的沖擊而穩速地運行，并且由于采用了矢量控制，同步電動機的工作效率可以達到很高。圖3所示為本發明的又一優選的實施例。參見圖3，本實施例與圖1所示的實施例相比，在結構上除了以下一點之外其他均相同。在圖1所示的實施例中，基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器13輸入α、β軸電壓指令ν/、ν/以及α、β軸電流ia、ie計算出同步電動機8的推定電氣相位及推定速度；而在本實施例中，基于旋轉坐標系模型的速度相位觀測器14基于同步電動機8 的旋轉坐標系模型方程式，輸入d、q軸電壓指令V/、V；以及d、q軸電流Id、Iq計算出同步電動機8推定速度ω—最后，將推定速度《3積分后乘以同步電動機8的極對數ρ得到推定電氣相位θ es。圖4所示為本發明的另一優選的實施例。參見圖4，本實施例與圖2所示的實施例相比，在結構上除了以下一點之外其他均相同。在圖2所示的實施例中，基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器13輸入α、β軸電壓指令ν/，ν/以及α、β軸電流ia，i0計算出同步電動機8的推定電氣相位QesR 推定速度《s。而在本實施例中，基于旋轉坐標系模型的速度相位觀測器14基于同步電動機8的旋轉坐標系模型方程式，輸入d、q軸電壓指令V/，V；以及d、q軸電流id，iq計算出同步電動機8推定速度ω—最后，將推定速度《3積分后乘以同步電動機8的極對數ρ得到推定電氣相位0es。在另一方面，本發明還提供一種永磁同步電動機無位置傳感器控制方法，在一個實施例中，所述方法包括以下步驟判斷同步電動機是否運行在設定速度之上，在判斷同步電動機未達到設定速度時，通過開環控制系統對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，通過閉環負反饋控制系統對同步電動機進行閉環控制，其中所述設定速度按照以下條件預先設定所述閉環負反饋控制系統在同步電動機運行到所述設定速度時反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值不低于預定精度。本領域技術人員可以理解，本發明控制方法的具體實施例可以參照本發明裝置的各種優選實施例的詳細特征來進行優化。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置，包括閉環負反饋控制系統，其特征在于，還包括開環控制系統、切換判斷器和切換開關，所述切換判斷器用于至少基于同步電動機的轉速控制所述切換開關在所述開環控制系統與所述閉環負反饋控制系統之間進行切換，在判斷同步電動機未達到設定速度時，切換到所述開環控制系統以對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，切換到所述閉環負反饋控制系統以對同步電動機進行閉環控制，其中在同步電動機運行到所述設定速度時所述閉環負反饋控制系統反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值滿足預定精度要求。
2.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于， -所述閉環負反饋控制系統包括減算器，用于從給定的目標速度指令ω*中減去推定速度后得到速度偏差e ； 速度控制器，用于基于速度偏差e進行PI演算后得到q軸電流指令I:； 電流控制器，用于基于q軸電流指令It；和給定的d軸電流指令I/及反饋回來的q軸電流I,和d軸電流Id演算得到閉環d軸電壓指令Vdc*和閉環q軸電壓指令Vv* ；Park逆變換器，用于將d、q軸電壓指令V/和V:轉換為α、β軸電壓指令ν/和ν/; Clarke逆變換器，用于將α、β軸電壓指令ν/和ν/轉換為三相電壓指令<，ν/和氺Vw >PWM逆變器，用于將三相電壓指令νΛ V；和N;轉換為三相PWM電壓vu，Vv和Vw并將之輸出到同步電動機；電流傳感器和加減器，所述電流傳感器用于檢測同步電動機的兩相電流iu，iw而所述加減器用于計算出第三相電流iv ；或，電流傳感器，用于檢測同步電動機的三相電流iu，iv 和i “Clarke變換器，用于將三相電流iu，iv和iw轉換為α、β軸電流ia和ie ；Park變換器，將α、β軸電流ia和轉換為d、q軸電流、和i,并反饋到電流控制器；基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器，用于基于同步電動機的靜止坐標系模型方程式，輸入α、β軸電流、和％及α、β軸電壓指令ν/和ν/計算出推定電氣相位和同步電動機的推定速度； -所述開環控制系統包括積分器，用于將目標速度指令ω*積分后得到目標位置指令Θ、 增益器，用于將目標位置指令θ *乘以同步電動機的極對數ρ得到開環電氣相位開環電壓指令產生器，用于根據目標速度指令ω*產生出開環d軸電壓指令Vdt；和開環 q軸電壓指令V:;以及所述Park逆變換器、所述Clarke逆變換器和所述PWM逆變器； -所述切換判斷器至少接收同步電動機的目標速度指令ω*，且當所述目標速度指令 ω*達到預設值時，判斷同步電動機達到所述設定速度；-所述切換開關在所述目標速度指令ω*未達到預設值時，將開環d軸電壓Vd。和開環 q軸電壓\。分別接到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V。同時將開環電氣相位θ eo接到電氣相位θε，在所述目標速度指令ω*達到預設值時，將閉環d軸電壓Vd。和閉環q軸電壓 Vqc分別接換到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V/，同時將推定電氣相位θ es接換到電氣相位θ e。
3.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于， -所述閉環負反饋控制系統包括減算器，用于從給定的目標速度指令ω*中減去推定速度后得到速度偏差e ； 速度控制器，用于基于速度偏差e進行PI演算后得到q軸電流指令I:； 電流控制器，用于基于q軸電流指令It；和給定的d軸電流指令I/及反饋回來的q軸電流I,和d軸電流Id演算得到閉環d軸電壓指令Vdc*和閉環q軸電壓指令Vv* ；Park逆變換器，用于將d、q軸電壓指令V/和V:轉換為α、β軸電壓指令ν/和ν/; Clarke逆變換器，用于將α、β軸電壓指令ν/和ν/轉換為三相電壓指令<，ν/和PWM逆變器，用于將三相電壓指令νΛ V；和N;轉換為三相PWM電壓vu，Vv和Vw并將之輸出到同步電動機；電流傳感器和加減器，所述電流傳感器用于檢測同步電動機的兩相電流iu，iw而所述加減器用于計算出第三相電流iv ；或，電流傳感器，用于檢測同步電動機的三相電流iu，iv 和i “Clarke變換器，用于將三相電流iu，iv和iw轉換為α、β軸電流ia和； Park變換器，用于將α、β軸電流ia和轉換為d、q軸電流id和i,并反饋到電流控制器；基于旋轉坐標系模型的速度相位觀測器，用于基于同步電動機的旋轉坐標系模型方程式，輸入d、q軸電壓指令V/、V；以及d、q軸電流Id、Iq計算出同步電動機的推定速度及推定電氣相位-所述開環控制系統包括積分器，用于將目標速度指令ω*積分后得到目標位置指令Θ、 增益器，用于將目標位置指令θ *乘以同步電動機的極對數ρ得到開環電氣相位開環電壓指令產生器，用于根據目標速度指令ω*產生出開環d軸電壓指令Vdt；和開環 q軸電壓指令Vq:；以及所述Park逆變換器、所述Clarke逆變換器和所述PWM逆變器； -所述切換判斷器至少接收同步電動機的目標速度指令ω*，且當所述目標速度指令 ω*達到預設值時，判斷同步電動機達到所述設定速度；-所述切換開關在所述目標速度指令ω*未達到預設值時，將開環d軸電壓Vd。和開環 q軸電壓\。分別接到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V。同時將開環電氣相位θ eo接到電氣相位θε，在所述目標速度指令ω*達到預設值時，將閉環d軸電壓Vd。和閉環q軸電壓 Vqc分別接換到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V/，同時將推定電氣相位θ es接換到電氣相位θ e。
4.如權利要求2或3所述的控制裝置，其特征在于，所述開環d軸電壓指令Vdt；設為一定值，所述開環q軸電壓指令V:可設為所述目標速度指令ω*的一次函數，或者所述開環 d軸電壓指令Vdt；與所述開環q軸電壓指令V:都設為所述目標速度指令ω*的一次函數。
5.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于， -所述閉環負反饋控制系統包括減算器，用于從給定的目標速度指令ω*中減去推定速度后得到速度偏差e ；速度控制器，用于基于速度偏差e進行PI演算后得到閉環q軸電流指令Iv* ； 電流控制器，用于基于q軸電流指令I:和d軸電流指令I/及反饋回來的q軸電流Itl 和d軸電流Id演算得到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V:；Park逆變換器，用于將d、q軸電壓指令V/和V:轉換為α、β軸電壓指令ν/和ν/; Clarke逆變換器，用于將α、β軸電壓指令ν/和ν/轉換為三相電壓指令<，ν/和氺Vw >PWM逆變器，用于將三相電壓指令νΛ V；和N;轉換為三相PWM電壓vu，Vv和Vw并將之輸出到同步電動機；電流傳感器和加減器，所述電流傳感器用于檢測同步電動機的兩相電流iu，iw而所述加減器用于計算出第三相電流iv ；或，電流傳感器，用于檢測同步電動機的三相電流iu，iv 和i “Clarke變換器，用于將三相電流iu，iv和iw轉換為α、β軸電流ia和； Park變換器，用于將α、β軸電流ia和轉換為d、q軸電流id和i,并反饋到電流控制器；基于靜止坐標系模型的速度相位觀測器，用于基于同步電動機的靜止坐標系模型方程式，輸入α、β軸電流、和％及α、β軸電壓指令ν/和ν/計算出推定電氣相位及同步電動機的推定速度； -所述開環控制系統包括積分器，用于將目標速度指令ω*積分后得到目標位置指令Θ、 增益器，用于將目標位置指令θ *乘以同步電動機的極對數ρ得到開環電氣相位開環電流指令產生器，用于根據目標速度指令ω*產生出開環d軸電流指令id(；和開環 q軸電流指令‘、以及所述Park逆變換器、所述Clarke逆變換器和所述PWM逆變器； -所述切換判斷器接收同步電動機的目標速度指令ω*，且當所述目標速度指令ω*達到預設值時，判斷同步電動機達到所述設定速度；-所述切換開關在所述目標速度指令ω *未達到預設值時，將開環d軸電流指令Id(；和開環q軸電流指令I:分別接換到d軸電流指令I/和q軸電流指令It；，同時將開環電氣相位96。接換到電氣相位Θ。在所述目標速度指令ω*達到預設值時，將閉環d軸電流指令 Idc*和閉環q軸電流指令Iv*分別接換到d軸電流指令I/和q軸電流指令It；，同時將推定電氣相位θ es接換到電氣相位θ eD
6.如權利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述閉環負反饋控制系統包括 減算器，用于從給定的目標速度指令ω*中減去推定速度后得到速度偏差e ； 速度控制器，用于基于速度偏差e進行PI演算后得到閉環q軸電流指令Iv* ； 電流控制器，用于基于q軸電流指令I:和d軸電流指令I/及反饋回來的q軸電流Itl 和d軸電流Id演算得到d軸電壓指令V/和q軸電壓指令V:；Park逆變換器，用于將d、q軸電壓指令V/和V:轉換為α、β軸電壓指令ν/和ν/; Clarke逆變換器，用于將α、β軸電壓指令ν/和ν/轉換為三相電壓指令<，ν/和氺Vw >PWM逆變器，用于將三相電壓指令νΛ V；和N;轉換為三相PWM電壓vu，Vv和Vw并將之輸出到同步電動機；電流傳感器和加減器，所述電流傳感器用于檢測同步電動機的兩相電流iu，iw而所述加減器用于計算出第三相電流iv ；或，電流傳感器，用于檢測同步電動機的三相電流iu，iv 和i “Clarke變換器，用于將三相電流iu，iv和iw轉換為α、β軸電流ia和； Park變換器，用于將α、β軸電流ia和轉換為d、q軸電流id和i,并反饋到電流控制器；基于旋轉坐標系模型的速度相位觀測器，用于基于同步電動機的旋轉坐標系模型方程式，輸入d、q軸電壓指令V/、V；以及d、q軸電流Id、Iq計算出同步電動機的推定速度及推定電氣相位所述開環控制系統包括積分器，用于將目標速度指令ω*積分后得到目標位置指令Θ、 增益器，用于將目標位置指令θ *乘以同步電動機的極對數ρ得到開環電氣相位開環電流指令產生器，用于根據目標速度指令ω*產生出開環d軸電流指令id(；和開環 q軸電流指令‘、以及所述Park逆變換器、所述Clarke逆變換器和所述PWM逆變器； -所述切換判斷器接收同步電動機的目標速度指令ω*，且當所述目標速度指令ω*達到預設值時，判斷同步電動機達到所述設定速度；-所述切換開關在所述目標速度指令ω *未達到預設值時，將開環d軸電流指令Id(；和開環q軸電流指令I:分別接換到d軸電流指令I/和q軸電流指令It；，同時將開環電氣相位96。接換到電氣相位Θ。在所述目標速度指令ω*達到預設值時，將閉環d軸電流指令 Idc*和閉環q軸電流指令Iv*分別接換到d軸電流指令I/和q軸電流指令It；，同時將推定電氣相位θ es接換到電氣相位θ eD
7.如權利要求5或6所述的控制裝置，其特征在于，所述開環d軸電流指令Ij設為0， 所述開環q軸電流指令I:設為所述目標速度指令ω*的微分值的一次函數。
8.如權利要求2-7任一項所述的控制裝置，其特征在于，所述切換判斷器還進一步根據開環電氣相位96。及推定電氣相位θ 來判斷并發出切換命令，所述切換在開環電氣相位9^。與推定電氣相位θ 差不高于設定值時進行。
9.如權利要求2-7任一項所述的控制裝置，其特征在于，所述設定速度還依據所述PWM 逆變器的死區時間的長短來設定。
10.一種永磁同步電動機無位置傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟判斷同步電動機是否運行在設定速度之上，在判斷同步電動機未達到設定速度時，通過開環控制系統對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，通過閉環負反饋控制系統對同步電動機進行閉環控制，所述設定速度按照以下條件預先設定所述閉環負反饋控制系統在同步電動機運行到所述設定速度時反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值不低于預定精度。
全文摘要
本發明公開了一種永磁同步電動機無位置傳感器控制裝置，包括閉環負反饋控制系統、開環控制系統、切換判斷器和切換開關，切換判斷器用于至少基于同步電動機的轉速控制切換開關在開環控制系統與閉環負反饋控制系統之間進行切換，在判斷同步電動機未達到設定速度時，切換到開環控制系統以對同步電動機進行開環拖動控制，在判斷同步電動機運動到設定速度以上時，切換到閉環負反饋控制系統以對同步電動機進行閉環控制，其中在同步電動機運行到所述設定速度時所述閉環負反饋控制系統反饋的電氣相位與旋轉速度的推定值滿足預定精度要求。在此還公開了相應的控制方法。通過前述方案，確保同步電動機在高低速都能穩定可靠地運行，提高電動機工作效率。
文檔編號H02P6/08GK102545742SQ20121004749
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者吳宏, 張文農, 王文杰 申請人:固高科技(深圳)有限公司