专利名称：永磁同步电动机无位置传感器控制装置和控制方法
技术领域：
本发明涉及永磁同步电动机，特别是一种永磁同步电动机的无位置传感器控制装置和控制方法。
背景技术：
电动机常用在需要高速驱动的场合，例如在PCB加工行业，用户对孔位的“小而细”的要求越来越高，这就要求主轴电机的旋转速度也越来越高，因此驱动装置电动机的旋转速度也要求越来越高。然而，对于高速驱动装置，在电动机的电机转子上装位置传感器是件非常困难的事，因此有必要对电机采用无位置传感器的控制方式。感应电机不需位置传感器就能轻松驱动，现有超高速驱动大多是采用感应电机来带动的，但是，感应电机驱动相对于永磁同步电动机驱动而言，效率低且不利于节能，再则，控制方式是全开环的，在加工受到冲击负载时无法稳定电机的速度。因此，已有许多研究是针对永磁同步电动机的无传感器控制的。相关的文献例如，‘、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。在从电机启动直至Ij其在高速区运行的整个过程中，通过检测电动机线圈上流过的电流，来推测磁极的位置，以对电动机进行实施闭环负反馈控制。然而，按照这种永磁同步电动机无传感器控制方案，电动机起动时，由于磁极的位置推定误差大的缘故，易造成脱调失步现象。
发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供永磁同步电动机的无位置传感器控制装置和方法，保证电动机在高低速都能稳定可靠地运行，并最大限度地提高效率，达到节能效果。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种永磁同步电动机无位置传感器控制装置，包括闭环负反馈控制系统、开环控制系统、切换判断器和切换开关，所述切换判断器用于至少基于同步电动机的转速控制所述切换开关在所述开环控制系统与所述闭环负反馈控制系统之间进行切换，在判断同步电动机未达到设定速度时，切换到所述开环控制系统以对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，切换到所述闭环负反馈控制系统以对同步电动机进行闭环控制，其中，在同步电动机运行到所述设定速度时所述闭环负反馈控制系统反馈的电气相位与旋转速度的推定值满足预定精度要求。一种永磁同步电动机无位置传感器控制方法，包括以下步骤判断同步电动机是否运行在设定速度之上，在判断同步电动机未达到设定速度时，通过开环控制系统对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，通过闭环负反馈控制系统对同步电动机进行闭环控制，其中所述设定速度按照以下条件预先设定所述闭环负反馈控制系统在同步电动机运行到所述设定速度时反馈的电气相位与旋转速度的推定值不低于预定精度。本发明有益的技术效果在于采用本发明的永磁同步电动机无位置传感器控制装置/方法，通过判断同步电动机的运行速度，在低速时对同步电动机进行开环拖动控制，在电动机运行到一定速度后再利用推定的电气相位与旋转速度(磁极的位置和速度)来进行闭环反馈控制，与现有的永磁同步电动机驱动相比，本发明有效消除了在低速情况下采用闭环控制由于推定值误差大而带来的不稳定、易造成脱调失步的现象，保证电动机在高低速时都能稳定可靠地运行，有利于最大限度地提高工作效率并达到良好节能效果。
图1-图4为本发明永磁同步电动机无位置传感器控制装置的多个实施例的系统结构示意图。
具体实施例方式以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。在一个实施例里，永磁同步电动机无位置传感器控制装置，包括闭环负反馈控制系统、开环控制系统、切换判断器和切换开关，所述切换判断器用于至少基于同步电动机的转速控制所述切换开关在所述开环控制系统与所述闭环负反馈控制系统之间进行切换，在判断同步电动机未达到设定速度时，所述切换开关切换到所述开环控制系统以对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，所述切换开关切换到所述闭环负反馈控制系统以对同步电动机进行闭环控制，其中，所述设定速度满足以下条件 在同步电动机运行到所述设定速度时所述闭环负反馈控制系统反馈的电气相位与旋转速度的推定值满足预定精度要求。图1所示为本发明的一个优选实施例。参见图1，永磁同步电动机的无传感器控制装置包含闭环负反馈控制系统、开环控制系统、切换判断器和切换开关在内的各部分，各个部分的信号处理关系如下减算器1，从给定的目标速度指令ω*中减去推定速度0^后得到速度偏差e。速度控制器2，基于速度偏差e进行PI演算后得到q軸电流指令I:。电流控制器3，基于q軸电流指令G和给定的d軸电流指令I/及反馈回来的q軸电流指令Itl和d軸电流指令Id 演算得到闭环d軸电压指令Vdc*和闭环q軸电压指令V,/。Park逆变换器5，将d、q軸电压指令V/和V/转换为α、β軸电压指令ν/和ν/。Clarke逆变换器6，将α、β軸电压指令ν/和ν/转换为三相电压指令<，ν；和、。PWM逆变器7，将三相电压指令<，ν；和 ν/转换为三相PWM电压vu，Vv和vw并将之输出到同步电动机8。电流传感器9，检测同步电动机8的两相或三相电流，图例所示为检测W两相电流‘和iw。加减器10，根据基尔霍夫原理计算出ν相电流iv。Clarke变换器11，将三相电流iu，iv*iw转换为α、β軸电流 ia和％。Park变换器12，将α、β軸电流ia和％转换为d、q軸电流id和i,并反馈到电流控制器3。基于静止坐标系模型的速度相位观测器13，基于同步电动机8的静止坐标系模型方程式、输入α、β軸电流、和％及α、β軸电压指令ν/和ν/计算出推定电气相位θ 和同步电动机8的推定速度；或是另增加高通滤波器(HPF)和增益器(未图示)，高通滤波器由推定电气相位计算出推定电气速度ω &而增益器将推定电气速度乘以同步电动机8的极对数ρ的倒数得到同步电动机8的推定速度ω—积分器17，将目标速度指令ω*积分后得到目标位置指令Θ*。增益器18，将目标位置指令Θ*乘以同步电动机8的极对数ρ得到开环电气相位开环电压指令产生器19，根据目标速度指令 ω*产生出开环d軸电压指令Vdt；和开环q軸电压指令Vq:。切换判断器16，根据目标速度指令ω*、开环电气相位06。及推定电气相位θ 来判断并发出切换命令。切换开关4，根据切换命令进行切换。切换判断器16根据目标速度指令ω*及开环电气相位θ e。与推定电气相位0es 差的大小进行判断，并向切换开关4发出切换命令来改变对同步电动机8的控制方式。一方面，目标速度指令ω*经过积分器17被积分后成为目标位移指令Θ*，目标位移指令再被乘以同步电动机8的极对数ρ后成为开环电气相位Θμ。与此同时，开环电压指令器19根据目标速度指令ω*产生开环d軸电压指令Vdt；和开环q軸电压指令V:。由于电动机的反电动势随转速的增加而增大，优选地，开环d軸电压指令Vdt；可设为一定值， 开环q軸电压指令V:可设为目标速度指令ω *的一次函数，或者开环d軸电压指令Vdt；与开环q軸电压指令V:都设为目标速度指令ω*的一次函数。这样可以让合成电压矢量总是大于反电动势而不易脱调。另一方面，速度控制器2根据目标速度指令ω*与推定速度0^之差产生q軸电流指令在给定d軸电流指令I/( 一般给定为0)后，电流控制器3根据d軸电流指令I/ 和q軸电流指令I:产生闭环d軸电压指令Vdc*和闭环q軸电压指令V,。*。当目标速度指令ω*较小时，切换判断器16发出开环指令让切换开关4将开环d 軸电压Vd。和开环q軸电压\。分别接换到d軸电压指令V/和q軸电压指令V/，同时将开环电气相位96。接换到电气相位然后根据电气相位θ Jfd軸电压指令V/和q軸电压指令Vt；经过Park逆变换后产生α軸电压指令ν/和β軸电压指令ν/，再将α軸电压指令ν/和β軸电压指令ν/经过Clarke逆变换后产生三相电压指令vu*，ν；, ν/。最后，将三相电压指令νΛ ν；, ν/经过PWM逆变器逆变后产生三相电压输出到同步电动机8 的三相线圈而产生旋转磁场带动转子同步旋转，即实现了开环旋转电压拖动控制。与此同β，电流传感器9检出流入同步电动机8的电流。一般检测出任意两相电流即可，根据基尔霍夫原理可以很简单地计算出第三相的电流。将三相电流指令iu，iv，iw 经过Clarke变换后产生α軸电流ia和β軸电流ie，再将α軸电流ia和β軸电流ie 经过Park变换后产生d軸电流Id和q軸电流I,。基于静止坐标系模型的速度相位观测器 13输入α、β軸电压指令ν/，ν/以及α、β軸电流i α，i e，计算出同步电动机8的推定电气相位θ ^最后，将推定电气相位θ 经过一个由微分器与低通滤波器结合而成的高通滤波器(HPF)后得到推定电气速度再将推定电气速度除以同步电动机8的极对数P后得到推定速度《s。当目标速度指令ω*超过预定值时，切换判断器16发出闭环指令让切换开关4将闭环d軸电压Vd。和闭环q軸电压\c分别接换到d軸电压指令V/和q軸电压指令V/，同时将推定电气相位θ 接换到电气相位θ e。这样，对同步电动机完成了电流矢量负反馈控制的同时，也完成了速度负反馈控制。所述预定值的大小可以视PWM逆变器的死区时间的长短而定。优选地，对于较长的死区时间设置较大的预定值。死区时间长的话，逆变器输出的三相电压与三相电压指令之间的差也大，这就需要让电动机开环运行到较高速度，以便增大三相电压指令，减少实际加在电动机上的电压与电压指令之间的相对误差，从而提高相位的推定精度。优选地，切换在满足运行速度条件的前提下，在开环电气相位与推定电气相位θ 之差较小(如达到一个设定较小差值)的时候进行，以减少切换带来的冲击。综上所述，低速时同步电动机的电气相位与旋转速度的推定误差虽然较大，但由于采用开环电气相位对同步电动机进行开环旋转电压拖动控制，同步电动机能安定可靠地被拖动至较高速度。进入高速区后，同步电动机的电气相位与旋转速度的推定精度变得较高，此时采用推定电气相位与推定旋转速度进行闭环负反馈控制便可抵抗住加工时负载的冲击而稳速地运行，并且由于采用了矢量控制，同步电动机的工作效率可以达到很高。前述实施例中，开关控制系统和闭环控制系统均采用了矢量控制，但这仅是优选的实施方案，本领域技术人员能够理解，控制系统不采用矢量控制也是可行的。图2所示为本发明另一优选的实施例。参见图2，本实施例与图1所示的实施例相比，在结构上除了以下两点之外其他均相同一是开环电流指令产生器20取代了开环电压指令产生器19。根据目标速度指令 ω*产生出开环d軸电流指令id(；和开环q軸电流指令；二是切换开关4由电流控制器3之后被移至电流控制器3之前。切换判断器16根据目标速度指令ω*向切换开关4发出切换命令来改变对同步电动机8的控制方式。—方面，目标速度指令ω*经过积分器17被积分后成为目标位移指令θ *，目标位移指令再被乘以同步电动机8的极对数ρ后成为开环电气相位Θμ。与此同时，开环电流指令器20根据目标速度指令ω*产生开环d軸电流指令Ij和开环q軸电流指令I:。 鉴于电动机的力矩近似与q軸电流成正比而几乎与d軸电流无关，一般开环d軸电流指令 Ij可设为0，开环q軸电流指令I:可设为目标速度指令ω*的微分值的一次函数。这样可以让电动机的力矩随加速度的增大而增大，不易出现脱调现象。另一方面，速度控制器2根据目标速度指令ω*与推定速度0^之差产生q軸闭环电流指令Iv*,同时给定d軸闭环电流指令Idc* ( —般给定为0)。当目标速度指令ω*较小时，切换判断器16发出开环指令让切换开关4将开环d 軸电流指令Ij和开环q軸电流指令I:分别接换到d軸电流指令I/和q軸电流指令It；， 同时将开环电气相位96。接换到电气相位然后电流控制器3根据d軸电流指令I/和 q軸电流指令G产生d軸电压指令V/和q軸电压指令V/，并根据电气相位θ e将d軸电压指令V/和q軸电压指令Vt；经过Park逆变换后产生α軸电压指令ν/和β軸电压指令ν/，再将α軸电压指令ν/和β軸电压指令ν/经过Clarke逆变换后产生三相电压指令<，ν；, ν/。最后，将三相电压指令<，ν；, ν；经过PWM逆变器逆变后产生三相电压输出到同步电动机8的三相线圈而产生旋转磁场带动转子同步旋转。与此同时，电流传感器9检出流入同步电动机8的电流。一般检测出任意两相电流即可，跟据基尔霍夫原理可以很简单地计算出第三相的电流。将三相电流指令iu，iv，iw 经过Clarke变换后产生α軸电流ia和β軸电流ie，再将α軸电流ia和β軸电流ie 经过Park变换后产生d軸电流Id和q軸电流I,。基于静止坐标系模型的速度相位观测器 13根据α β軸电压指令ν/，ν/以及α β軸电流ia，i0计算出同步电动机8的推定电气相位θε3。最后，将推定电气相位θ es经过一个由微分器与低通滤波器结合而成的高通滤波器(HPF)后得到推定电气速度再将推定电气速度除以同步电动机8的极对数P后得到推定速度《s。当目标速度指令ω*超过一定值时，切换判断器16发出闭环指令让切换开关4将闭环d軸电流指令Idc*和闭环q軸电流指令Iv*分别接换到d軸电流指令I/和q軸电流指令ΙΛ同时将推定电气相位^s接换到电气相位、。这样，对同步电动机完成了电流矢量负反馈控制的同时，也完成了速度负反馈控制。综上所述，低速时永磁同步电动机的电气相位与旋转速度的推定误差较大，虽然电流闭环但由于采用开环电气相位对同步电动机进行开环旋转电流拖动控制，同步电动机能安定可靠地被拖动至较高速度。进入高速区后，同步电动机的电气相位与旋转速度的推定精度变得较高，此时采用推定电气相位与推定旋转速度进行闭环负反馈控制便可抵抗住加工时负载的冲击而稳速地运行，并且由于采用了矢量控制，同步电动机的工作效率可以达到很高。图3所示为本发明的又一优选的实施例。参见图3，本实施例与图1所示的实施例相比，在结构上除了以下一点之外其他均相同。在图1所示的实施例中，基于静止坐标系模型的速度相位观测器13输入α、β軸电压指令ν/、ν/以及α、β軸电流ia、ie计算出同步电动机8的推定电气相位及推定速度；而在本实施例中，基于旋转坐标系模型的速度相位观测器14基于同步电动机8 的旋转坐标系模型方程式，输入d、q軸电压指令V/、V；以及d、q軸电流Id、Iq计算出同步电动机8推定速度ω—最后，将推定速度《3积分后乘以同步电动机8的极对数ρ得到推定电气相位θ es。图4所示为本发明的另一优选的实施例。参见图4，本实施例与图2所示的实施例相比，在结构上除了以下一点之外其他均相同。在图2所示的实施例中，基于静止坐标系模型的速度相位观测器13输入α、β軸电压指令ν/，ν/以及α、β軸电流ia，i0计算出同步电动机8的推定电气相位QesR 推定速度《s。而在本实施例中，基于旋转坐标系模型的速度相位观测器14基于同步电动机8的旋转坐标系模型方程式，输入d、q軸电压指令V/，V；以及d、q軸电流id，iq计算出同步电动机8推定速度ω—最后，将推定速度《3积分后乘以同步电动机8的极对数ρ得到推定电气相位0es。在另一方面，本发明还提供一种永磁同步电动机无位置传感器控制方法，在一个实施例中，所述方法包括以下步骤判断同步电动机是否运行在设定速度之上，在判断同步电动机未达到设定速度时，通过开环控制系统对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，通过闭环负反馈控制系统对同步电动机进行闭环控制，其中所述设定速度按照以下条件预先设定所述闭环负反馈控制系统在同步电动机运行到所述设定速度时反馈的电气相位与旋转速度的推定值不低于预定精度。本领域技术人员可以理解，本发明控制方法的具体实施例可以参照本发明装置的各种优选实施例的详细特征来进行优化。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种永磁同步电动机无位置传感器控制装置，包括闭环负反馈控制系统，其特征在于，还包括开环控制系统、切换判断器和切换开关，所述切换判断器用于至少基于同步电动机的转速控制所述切换开关在所述开环控制系统与所述闭环负反馈控制系统之间进行切换，在判断同步电动机未达到设定速度时，切换到所述开环控制系统以对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，切换到所述闭环负反馈控制系统以对同步电动机进行闭环控制，其中在同步电动机运行到所述设定速度时所述闭环负反馈控制系统反馈的电气相位与旋转速度的推定值满足预定精度要求。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于， -所述闭环负反馈控制系统包括减算器，用于从给定的目标速度指令ω*中减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进行PI演算后得到q軸电流指令I:； 电流控制器，用于基于q軸电流指令It；和给定的d軸电流指令I/及反馈回来的q軸电流I,和d軸电流Id演算得到闭环d軸电压指令Vdc*和闭环q軸电压指令Vv* ；Park逆变换器，用于将d、q軸电压指令V/和V:转换为α、β軸电压指令ν/和ν/; Clarke逆变换器，用于将α、β軸电压指令ν/和ν/转换为三相电压指令<，ν/和氺Vw >PWM逆变器，用于将三相电压指令νΛ V；和N;转换为三相PWM电压vu，Vv和Vw并将之输出到同步电动机；电流传感器和加减器，所述电流传感器用于检测同步电动机的两相电流iu，iw而所述加减器用于计算出第三相电流iv ；或，电流传感器，用于检测同步电动机的三相电流iu，iv 和i “Clarke变换器，用于将三相电流iu，iv和iw转换为α、β軸电流ia和ie ；Park变换器，将α、β軸电流ia和转换为d、q軸电流、和i,并反馈到电流控制器；基于静止坐标系模型的速度相位观测器，用于基于同步电动机的静止坐标系模型方程式，输入α、β軸电流、和％及α、β軸电压指令ν/和ν/计算出推定电气相位和同步电动机的推定速度； -所述开环控制系统包括积分器，用于将目标速度指令ω*积分后得到目标位置指令Θ、 增益器，用于将目标位置指令θ *乘以同步电动机的极对数ρ得到开环电气相位开环电压指令产生器，用于根据目标速度指令ω*产生出开环d軸电压指令Vdt；和开环 q軸电压指令V:;以及所述Park逆变换器、所述Clarke逆变换器和所述PWM逆变器； -所述切换判断器至少接收同步电动机的目标速度指令ω*，且当所述目标速度指令 ω*达到预设值时，判断同步电动机达到所述设定速度；-所述切换开关在所述目标速度指令ω*未达到预设值时，将开环d軸电压Vd。和开环 q軸电压\。分别接到d軸电压指令V/和q軸电压指令V。同时将开环电气相位θ eo接到电气相位θε，在所述目标速度指令ω*达到预设值时，将闭环d軸电压Vd。和闭环q軸电压 Vqc分别接换到d軸电压指令V/和q軸电压指令V/，同时将推定电气相位θ es接换到电气相位θ e。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于， -所述闭环负反馈控制系统包括减算器，用于从给定的目标速度指令ω*中减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进行PI演算后得到q軸电流指令I:； 电流控制器，用于基于q軸电流指令It；和给定的d軸电流指令I/及反馈回来的q軸电流I,和d軸电流Id演算得到闭环d軸电压指令Vdc*和闭环q軸电压指令Vv* ；Park逆变换器，用于将d、q軸电压指令V/和V:转换为α、β軸电压指令ν/和ν/; Clarke逆变换器，用于将α、β軸电压指令ν/和ν/转换为三相电压指令<，ν/和PWM逆变器，用于将三相电压指令νΛ V；和N;转换为三相PWM电压vu，Vv和Vw并将之输出到同步电动机；电流传感器和加减器，所述电流传感器用于检测同步电动机的两相电流iu，iw而所述加减器用于计算出第三相电流iv ；或，电流传感器，用于检测同步电动机的三相电流iu，iv 和i “Clarke变换器，用于将三相电流iu，iv和iw转换为α、β軸电流ia和； Park变换器，用于将α、β軸电流ia和转换为d、q軸电流id和i,并反馈到电流控制器；基于旋转坐标系模型的速度相位观测器，用于基于同步电动机的旋转坐标系模型方程式，输入d、q軸电压指令V/、V；以及d、q軸电流Id、Iq计算出同步电动机的推定速度及推定电气相位-所述开环控制系统包括积分器，用于将目标速度指令ω*积分后得到目标位置指令Θ、 增益器，用于将目标位置指令θ *乘以同步电动机的极对数ρ得到开环电气相位开环电压指令产生器，用于根据目标速度指令ω*产生出开环d軸电压指令Vdt；和开环 q軸电压指令Vq:；以及所述Park逆变换器、所述Clarke逆变换器和所述PWM逆变器； -所述切换判断器至少接收同步电动机的目标速度指令ω*，且当所述目标速度指令 ω*达到预设值时，判断同步电动机达到所述设定速度；-所述切换开关在所述目标速度指令ω*未达到预设值时，将开环d軸电压Vd。和开环 q軸电压\。分别接到d軸电压指令V/和q軸电压指令V。同时将开环电气相位θ eo接到电气相位θε，在所述目标速度指令ω*达到预设值时，将闭环d軸电压Vd。和闭环q軸电压 Vqc分别接换到d軸电压指令V/和q軸电压指令V/，同时将推定电气相位θ es接换到电气相位θ e。
4.如权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，所述开环d軸电压指令Vdt；设为一定值，所述开环q軸电压指令V:可设为所述目标速度指令ω*的一次函数，或者所述开环 d軸电压指令Vdt；与所述开环q軸电压指令V:都设为所述目标速度指令ω*的一次函数。
5.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于， -所述闭环负反馈控制系统包括减算器，用于从给定的目标速度指令ω*中减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进行PI演算后得到闭环q軸电流指令Iv* ； 电流控制器，用于基于q軸电流指令I:和d軸电流指令I/及反馈回来的q軸电流Itl 和d軸电流Id演算得到d軸电压指令V/和q軸电压指令V:；Park逆变换器，用于将d、q軸电压指令V/和V:转换为α、β軸电压指令ν/和ν/; Clarke逆变换器，用于将α、β軸电压指令ν/和ν/转换为三相电压指令<，ν/和氺Vw >PWM逆变器，用于将三相电压指令νΛ V；和N;转换为三相PWM电压vu，Vv和Vw并将之输出到同步电动机；电流传感器和加减器，所述电流传感器用于检测同步电动机的两相电流iu，iw而所述加减器用于计算出第三相电流iv ；或，电流传感器，用于检测同步电动机的三相电流iu，iv 和i “Clarke变换器，用于将三相电流iu，iv和iw转换为α、β軸电流ia和； Park变换器，用于将α、β軸电流ia和转换为d、q軸电流id和i,并反馈到电流控制器；基于静止坐标系模型的速度相位观测器，用于基于同步电动机的静止坐标系模型方程式，输入α、β軸电流、和％及α、β軸电压指令ν/和ν/计算出推定电气相位及同步电动机的推定速度； -所述开环控制系统包括积分器，用于将目标速度指令ω*积分后得到目标位置指令Θ、 增益器，用于将目标位置指令θ *乘以同步电动机的极对数ρ得到开环电气相位开环电流指令产生器，用于根据目标速度指令ω*产生出开环d軸电流指令id(；和开环 q軸电流指令‘、以及所述Park逆变换器、所述Clarke逆变换器和所述PWM逆变器； -所述切换判断器接收同步电动机的目标速度指令ω*，且当所述目标速度指令ω*达到预设值时，判断同步电动机达到所述设定速度；-所述切换开关在所述目标速度指令ω *未达到预设值时，将开环d軸电流指令Id(；和开环q軸电流指令I:分别接换到d軸电流指令I/和q軸电流指令It；，同时将开环电气相位96。接换到电气相位Θ。在所述目标速度指令ω*达到预设值时，将闭环d軸电流指令 Idc*和闭环q軸电流指令Iv*分别接换到d軸电流指令I/和q軸电流指令It；，同时将推定电气相位θ es接换到电气相位θ eD
6.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述闭环负反馈控制系统包括 减算器，用于从给定的目标速度指令ω*中减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进行PI演算后得到闭环q軸电流指令Iv* ； 电流控制器，用于基于q軸电流指令I:和d軸电流指令I/及反馈回来的q軸电流Itl 和d軸电流Id演算得到d軸电压指令V/和q軸电压指令V:；Park逆变换器，用于将d、q軸电压指令V/和V:转换为α、β軸电压指令ν/和ν/; Clarke逆变换器，用于将α、β軸电压指令ν/和ν/转换为三相电压指令<，ν/和氺Vw >PWM逆变器，用于将三相电压指令νΛ V；和N;转换为三相PWM电压vu，Vv和Vw并将之输出到同步电动机；电流传感器和加减器，所述电流传感器用于检测同步电动机的两相电流iu，iw而所述加减器用于计算出第三相电流iv ；或，电流传感器，用于检测同步电动机的三相电流iu，iv 和i “Clarke变换器，用于将三相电流iu，iv和iw转换为α、β軸电流ia和； Park变换器，用于将α、β軸电流ia和转换为d、q軸电流id和i,并反馈到电流控制器；基于旋转坐标系模型的速度相位观测器，用于基于同步电动机的旋转坐标系模型方程式，输入d、q軸电压指令V/、V；以及d、q軸电流Id、Iq计算出同步电动机的推定速度及推定电气相位所述开环控制系统包括积分器，用于将目标速度指令ω*积分后得到目标位置指令Θ、 增益器，用于将目标位置指令θ *乘以同步电动机的极对数ρ得到开环电气相位开环电流指令产生器，用于根据目标速度指令ω*产生出开环d軸电流指令id(；和开环 q軸电流指令‘、以及所述Park逆变换器、所述Clarke逆变换器和所述PWM逆变器； -所述切换判断器接收同步电动机的目标速度指令ω*，且当所述目标速度指令ω*达到预设值时，判断同步电动机达到所述设定速度；-所述切换开关在所述目标速度指令ω *未达到预设值时，将开环d軸电流指令Id(；和开环q軸电流指令I:分别接换到d軸电流指令I/和q軸电流指令It；，同时将开环电气相位96。接换到电气相位Θ。在所述目标速度指令ω*达到预设值时，将闭环d軸电流指令 Idc*和闭环q軸电流指令Iv*分别接换到d軸电流指令I/和q軸电流指令It；，同时将推定电气相位θ es接换到电气相位θ eD
7.如权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于，所述开环d軸电流指令Ij设为0， 所述开环q軸电流指令I:设为所述目标速度指令ω*的微分值的一次函数。
8.如权利要求2-7任一项所述的控制装置，其特征在于，所述切换判断器还进一步根据开环电气相位96。及推定电气相位θ 来判断并发出切换命令，所述切换在开环电气相位9^。与推定电气相位θ 差不高于设定值时进行。
9.如权利要求2-7任一项所述的控制装置，其特征在于，所述设定速度还依据所述PWM 逆变器的死区时间的长短来设定。
10.一种永磁同步电动机无位置传感器控制方法，其特征在于，包括以下步骤判断同步电动机是否运行在设定速度之上，在判断同步电动机未达到设定速度时，通过开环控制系统对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，通过闭环负反馈控制系统对同步电动机进行闭环控制，所述设定速度按照以下条件预先设定所述闭环负反馈控制系统在同步电动机运行到所述设定速度时反馈的电气相位与旋转速度的推定值不低于预定精度。
全文摘要
本发明公开了一种永磁同步电动机无位置传感器控制装置，包括闭环负反馈控制系统、开环控制系统、切换判断器和切换开关，切换判断器用于至少基于同步电动机的转速控制切换开关在开环控制系统与闭环负反馈控制系统之间进行切换，在判断同步电动机未达到设定速度时，切换到开环控制系统以对同步电动机进行开环拖动控制，在判断同步电动机运动到设定速度以上时，切换到闭环负反馈控制系统以对同步电动机进行闭环控制，其中在同步电动机运行到所述设定速度时所述闭环负反馈控制系统反馈的电气相位与旋转速度的推定值满足预定精度要求。在此还公开了相应的控制方法。通过前述方案，确保同步电动机在高低速都能稳定可靠地运行，提高电动机工作效率。
文档编号H02P6/08GK102545742SQ20121004749
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者吴宏, 张文农, 王文杰 申请人:固高科技(深圳)有限公司