专利名称：无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置及控制方法，属于无传感器永磁同步电机控制技术领域。·
背景技术：
永磁同步电机以其高功率密度、高效率、宽调速范围、快速响应等特点，广泛应用于数控机床、工业机器人、航空航天设备等高精度传动领域以及家用电器、风机泵类等节能领域。为检测永磁同步电机的速度和位置，需要在电机上加入传感器，目前永磁同步电机上应用比较普遍的机械位置传感器包括光电编码器、旋转变压器、霍尔和感应同步器等。这些机械位置传感器在能够提供转子磁极位置信息的同时，不可避免的会带来一系列的问题，例如传感器的通信方式，使用成本及传感器的使用条件等等。为了克服使用机械位置传感器所带来的种种问题，目前，许多学者都开展了无位置传感器永磁同步电机驱动控制方面的研究，已有的无位置控制方法只适用于电机在中高速或者低速及零速状态的控制，难以实现在电机转速范围内的精确测量和参数辨识。
发明内容
本发明是为了解决现有永磁同步电机的无位置控制方法无法实现电机运行在转速范围内时，对参数进行辨识的问题，提供一种无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置及控制方法。本发明所述无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置，它包括永磁同步电机，它还包括位置传感器、速度控制器、d轴电流控制器、q轴电流控制器、第一 Park变换电路、第二 Park变换电路、逆Park变换电路、第一 Clark变换电路、第二 Clark变换电路、空间矢量脉宽调制电路、逆变器、电流互感器、电压传感器、低速参数辨识电路、第一 LC滤波电路、第二 LC滤波电路、高速参数辨识电路、电阻解耦电路、磁链解耦电路、转速解耦电路、运放积分电路和比较电路，电机转子位置给定值Θ ref与运放积分电路输出的电机转子位置观测值相比较的差值输入给位置传感器，位置传感器输出的电机转子转速给定信号值ω ref与转速解耦电路输出的电机转子转速估算信号值Qbadt相比较的差值输入给速度控制器，速度控制器输出的q轴电流给定值与第一 Park变换电路输出的q轴电流实际值i,相比较的差值输入给q轴电流控制器，q轴电流控制器的q轴电压信号输出端连接逆Park变换电路的q轴电压信号输入端；d轴电流给定值i/与第一 Park变换电路输出的d轴电流实际值id相比较的差值输入给d轴电流控制器，d轴电流控制器的d轴电压信号输出端连接逆Park变换电路的d轴电压信号输入端，逆Park变换电路的电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路的电机转子位置观测信号输出端，逆Park变换电路的α轴定子电压信号输出端连接空间矢量脉宽调制电路的α轴定子电压信号输入端，逆Park变换电路的β轴定子电压信号输出端连接空间矢量脉宽调制电路的β轴定子电压信号输入端，空间矢量脉宽调制电路电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路的电机转子位置观测信号输出端，空间矢量脉宽调制电路的脉冲宽度调制信号输出端连接逆变器的脉冲宽度调制信号输入端，逆变器的电压信号输出端连接永磁同步电机的电压信号输入端，永磁同步电机的电源输入侧的电流信号通过电流互感器采集，电流互感器采集获得的C相电流信号输出端连接第一Clark变换电路的C相电流信号输入端，电流互感器采集获得的B相电流信号输出端连接第一 Clark变换电路的B相电流信号输入端，第一 Clark变换电路的α轴定子电流信号输出端连接第一 Park变换电路的α轴定子电流信号输入端,第一 Clark变换电路的β轴定子电流信号输出端连接第一 Park变换电路的β轴定子电流信号输入端，第一 Park变换电路的电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路的电机转子位置观测信号输出端；永磁同步电机的输出侧的电压信号通过电压传感器采集，电压传感器采集获得的C相电压信号输出端连接第二 Clark变换电路的C相电压信号输入端，电压传感器采集获得的B相电压信号输出端连接第二 Clark变换电路的B相电压信号输入端，第二 Clark变换电路的α轴电压信号输出端连接第二 Park变换电路的α轴电压信号输入端,第二 Clark 变换电路的β轴电压信号输出端连接第二 Park变换电路的β轴电压信号输入端，第二Park变换电路的电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路的电机转子位置观测信号输出端，第二 Park变换电路的d轴电压信号输出端连接高速参数辨识电路的d轴电压信号输入端，第二 Park变换电路的q轴电压信号输出端连接连接高速参数辨识电路的q轴电压信号输入端，高速参数辨识电路的低转速永磁体磁链观测信号输入端连接低速参数辨识电路的低转速永磁体磁链观测信号输出端，高速参数辨识电路的低转速定子电阻观测信号输入端连接低速参数辨识电路的低转速定子电阻观测信号输出端，高速参数辨识电路的电机转子转速估算信号输入端连接转速解耦电路的电机转子转速估算信号输出端，低速参数辨识电路的选择控制信号输入端连接比较电路的选择控制信号输出端，低速参数辨识电路的电机转子转速估算信号输入端连接转速解耦电路的电机转子转速估算信号输出端，低速参数辨识电路的β轴定子电流信号输入端连接第一 Clark变换电路的β轴定子电流信号输出端，低速参数辨识电路的α轴滤波电压信号输入端连接第二 LC滤波电路的α轴滤波电压信号输出端，第二 LC滤波电路的α轴电压信号输入端连接第二 Clark变换电路的α轴电压信号输出端，低速参数辨识电路的β轴滤波电压信号输入端连接第一 LC滤波电路的β轴滤波电压信号输出端，第一 LC滤波电路的β轴电压信号输入端连接第二 Clark变换电路的β轴电压信号输出端；第一 Park变换电路输出的q轴电流实际值i,与高速参数辨识电路输出的辨识q轴电流值相比较的差值ε输入给转速解耦电路，转速解耦电路的电机转子转速估算信号输出端连接运放积分电路的电机转子转速估算信号输入端；第一 Park变换电路输出的q轴电流实际值i,与高速参数辨识电路输出的辨识q轴电流值ζ相比较的差值ε输入给电阻解耦电路，电阻解耦电路的控制信号输入端连接比较电路的选择控制信号信号输出端，电阻解耦电路的定子绕组电阻观测信号输出端连接高速参数辨识电路的定子绕组电阻观测信号输入端，第一 Park变换电路输出的q轴电流实际值与高速参数辨识电路中的永磁体磁链辨识模型解算出的q轴电流值^相比较的差值ε'输入给磁链解耦电路，磁链解耦电路的控制信号输入端连接比较电路的选择控制信号输出端，磁链解耦电路的永磁体磁链观测信号输出端连接高速参数辨识电路的永磁体磁链观测信号输入端；比较电路的电机转子转速给定信号输入端连接位置传感器的电机转子转速给定信号输出端，比较电路的电机转子转速比较信号输入端被输入电机转子转速比较值ob。基于上述无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置的无传感器永磁同步电机的参数辨识控制方法， 比较电路将电机转子转速给定信号值ω ref与电机转子转速比较值ω b相比较后，由比较结果对所述控制装置的工作模式进行控制，具体为 I控制装置工作在高速模式当OJref > Oi I控制装置工作在低速模式当OJref < OJb ’当ωΜ < Ob时，低速参数辨识电路在比较电路输出的选择控制信号的控制下启用，磁链解耦电路和电阻解耦电路停止运行，此时，第一 LC滤波电路输出的β轴滤波电压信号和第二 LC滤波电路输出的α轴滤波电压信号输入给低速参数辨识电路，低速参数辨识电路经计算获得低转速永磁体磁链观测值^和低转速定子电阻观测值低转速永磁体磁链观测值和低转速定子电阻观测值输入给高速参数辨识电路，由转速解耦电路实现对电机转速观测值命^.的估算；Qref ^ ω,时，低速参数辨识电路在比较电路输出的选择控制信号的控制下停止运行，磁链解耦电路和电阻解耦电路开始运行，此时，第二 park变换电路输出的d轴定子电压分量Ud和q轴定子电压分量Uq输入给高速参数辨识电路，高速参数辨识电路的输的d轴电流分量4、作为反馈量再次输入到高速参数辨识电路中。所述d轴电流分量^和q轴电流ζ由下式求解获得
(A )
j if λ ~ 0^ack (I \ I (V、非1= s 75+丄卜，
d, ΙΛ1 J —敗ΙΛ1 J Ls Kli q J
hckj
Vs J
/ Kyf!式中~Ufq = Uq ；Ls为电机定子电感量，Rs为定子电阻实际值，当电机高速运行时即为Rsh，低速运行时即为Vf永磁体磁链实际值，当电机高速运行时即为Vfn，低速运行时即为￥fL;d轴电流分量和q轴电流/由下式求解获得
(R\( IΛ
,/- \TaIyack f ^ \rυ\υ
d I I AI A I Ud I— = * + + ψ/η ,
ΙΛ2 J -Oh k RSII \Jq2 J Q J_ \Uq) ~0)back ~j~
VI、) V )转速解耦电路输出的电机转速观测值的获得方法为
权利要求
1.一种无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置，它包括永磁同步电机(11)，其特征在于它还包括位置传感器(I)、速度控制器(2)、d轴电流控制器(3)、q轴电流控制器⑷、第一 Park变换电路(5-1)、第二 Park变换电路(5_2)、逆Park变换电路(6)、第一 Clark变换电路(7-1)、第二 Clark变换电路(7_2)、空间矢量脉宽调制电路(8)、逆变器(9)、电流互感器(10)、电压传感器(12)、低速参数辨识电路(13)、第一 LC滤波电路(14-1)、第二 LC滤波电路(14-2)、高速参数辨识电路(15)、电阻解耦电路(16)、磁链解耦电路(17)、转速解耦电路(18)、运放积分电路(19)和比较电路(20)， 电机转子位置给定值0 %与运放积分电路(19)输出的电机转子位置观测值相比较的差值输入给位置传感器(I)，位置传感器(I)输出的电机转子转速给定信号值与转速解耦电路(18)输出的电机转子转速估算信号值Qbadt相比较的差值输入给速度控制器(2)，速度控制器⑵输出的q轴电流给定值与第一 Park变换电路(5_1)输出的q轴电流实际值i,相比较的差值输入给q轴电流控制器(4)，q轴电流控制器(4)的q轴电压 信号输出端连接逆Park变换电路(6)的q轴电压信号输入端；d轴电流给定值i/与第一Park变换电路(5-1)输出的d轴电流实际值id相比较的差值输入给d轴电流控制器(3)，d轴电流控制器(3)的d轴电压信号输出端连接逆Park变换电路(6)的d轴电压信号输入端，逆Park变换电路￠)的电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路(19)的电机转子位置观测信号输出端，逆Park变换电路￠)的a轴定子电压信号输出端连接空间矢量脉宽调制电路(8)的a轴定子电压信号输入端，逆Park变换电路￠)的P轴定子电压信号输出端连接空间矢量脉宽调制电路(8)的P轴定子电压信号输入端，空间矢量脉宽调制电路(8)电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路(19)的电机转子位置观测信号输出端，空间矢量脉宽调制电路(8)的脉冲宽度调制信号输出端连接逆变器(9)的脉冲宽度调制信号输入端，逆变器(9)的电压信号输出端连接永磁同步电机(11)的电压信号输入端，永磁同步电机(11)的电源输入侧的电流信号通过电流互感器(10)采集，电流互感器(10)采集获得的C相电流信号输出端连接第一 Clark变换电路(7-1)的C相电流信号输入端，电流互感器(10)采集获得的B相电流信号输出端连接第一 Clark变换电路(7_1)的B相电流信号输入端,第一 Clark变换电路(7_1)的a轴定子电流信号输出端连接第一Park变换电路(5-1)的a轴定子电流信号输入端，第一 Clark变换电路(7_1)的P轴定子电流信号输出端连接第一 Park变换电路(5-1)的0轴定子电流信号输入端，第一 Park变换电路(5-1)的电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路(19)的电机转子位置观测信号输出端； 永磁同步电机(11)的输出侧的电压信号通过电压传感器(12)采集，电压传感器(12)采集获得的C相电压信号输出端连接第二 Clark变换电路(7-2)的C相电压信号输入端，电压传感器(12)采集获得的B相电压信号输出端连接第二 Clark变换电路(7_2)的B相电压信号输入端，第二 Clark变换电路(7-2)的a轴电压信号输出端连接第二 Park变换电路(5-2)的a轴电压信号输入端,第二 Clark变换电路(7_2)的0轴电压信号输出端连接第二 Park变换电路(5-2)的P轴电压信号输入端，第二 Park变换电路(5_2)的电机转子位置观测信号输入端连接运放积分电路(19)的电机转子位置观测信号输出端，第二Park变换电路(5-2)的d轴电压信号输出端连接高速参数辨识电路(15)的d轴电压信号输入端，第二 Park变换电路(5-2)的q轴电压信号输出端连接连接高速参数辨识电路(15)的q轴电压信号输入端，高速参数辨识电路(15)的低转速永磁体磁链观测信号输入端连接低速参数辨识电路(13)的低转速永磁体磁链观测信号输出端，高速参数辨识电路(15)的低转速定子电阻观测信号输入端连接低速参数辨识电路(13)的低转速定子电阻观测信号输出端，高速参数辨识电路(15)的电机转子转速估算信号输入端连接转速解耦电路(18)的电机转子转速估算信号输出端，低速参数辨识电路(13)的选择控制信号输入端连接比较电路(20)的选择控制信号输出端，低速参数辨识电路(13)的电机转子转速估算信号输入端连接转速解耦电路(18)的电机转子转速估算信号输出端，低速参数辨识电路(13)的^轴定子电流信号输入端连接第一 Clark变换电路(7-1) 的P轴定子电流信号输出端，低速参数辨识电路(13)的a轴滤波电压信号输入端连接第二 LC滤波电路(14-2)的a轴滤波电压信号输出端，第二 LC滤波电路(14-2)的a轴电压信号输入端连接第二 Clark变换电路(7-2)的a轴电压信号输出端,低速参数辨识电路(13)的0轴滤波电压信号输入端连接第一 LC滤波电路(14-1)的0轴滤波电压信号输出端，第一 LC滤波电路(14-1)的3轴电压信号输入端连接第二 Clark变换电路(7-2)的0轴电压信号输出端； 第一 Park变换电路(5-1)输出的q轴电流实际值与高速参数辨识电路(15)输出的辨识q轴电流值^相比较的差值e输入给转速解耦电路(18)，转速解耦电路(18)的电机转子转速估算信号输出端连接运放积分电路(19)的电机转子转速估算信号输入端；第一 Park变换电路(5-1)输出的q轴电流实际值与高速参数辨识电路(15)输出的辨识q轴电流值^相比较的差值e输入给电阻解耦电路(16)，电阻解耦电路(16)的控制信号输入端连接比较电路(20)的选择控制信号信号输出端，电阻解耦电路(16)的定子绕组电阻观测信号输出端连接高速参数辨识电路(15)的定子绕组电阻观测信号输入端，第一 Park变换电路(5-1)输出的q轴电流实际值与高速参数辨识电路(15)中的永磁体磁链辨识模型解算出的q轴电流值~相比较的差值e '输入给磁链解耦电路(17)，磁链解耦电路(17)的控制信号输入端连楼比较电路(20)的选择控制信号输出端，磁链解耦电路(17)的永磁体磁链观测信号输出端连接高速参数辨识电路(15)的永磁体磁链观测信号输入端；比较电路(20)的电机转子转速给定信号输入端连接位置传感器(I)的电机转子转速给定信号输出端，比较电路(20)的电机转子转速比较信号输入端被输入电机转子转速比较值《b。
2.一种基于权利要求I所述无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置的无传感器永磁同步电机的参数辨识控制方法，其特征在于 比较电路(20)将电机转子转速给定信号值《%与电机转子转速比较值相比较后，由比较结果对所述控制装置的工作模式进行控制，具体为 I控制装置工作在高速模式当> QJb I控制装置工作在低速模式当(Oref < (Ob， 当COref < COb时，低速参数辨识电路(13)在比较电路(20)输出的选择控制信号的控制下启用，磁链解耦电路(17)和电阻解耦电路(16)停止运行，此时，第一 LC滤波电路(14-1)输出的P轴滤波电压信号和第二 LC滤波电路(14-2)输出的a轴滤波电压信号输入给低速参数辨识电路(13)，低速参数辨识电路(13)经计算获得低转速永磁体磁链观测值^^和低转速定子电阻观测值低转速永磁体磁链观测值和低转速定子电阻观测值^^输入给高速参数辨识电路(15)，由转速解耦电路(18)实现对电机转速观测值的估算； ref ^ (^时，低速参数辨识电路(13)在比较电路(20)输出的选择控制信号的控制下停止运行，磁链解耦电路(17)和电阻解耦电路(16)开始运行，此时，第二 park变换电路(5-2)输出的d轴定子电压分量Ut^Pq轴定子电压分量Uq输入给高速参数辨识电路(15)，高速参数辨识电路(15)的输的d轴电流分量I、Z^2作为反馈量再次输入到高速参数辨识电路(15)中。
3.根据权利要求2所述的无传感器永磁同步电机的参数辨识控制方法，其特征在于所述d轴电流分量^和q轴电流由下式求解获得
全文摘要
无传感器永磁同步电机的参数辨识控制装置及控制方法，属于无传感器永磁同步电机控制技术领域。它解决了现有永磁同步电机的无位置控制方法无法实现电机运行在转速范围内时，对参数进行辨识的问题。它通过控制策略和控制方法的改进来实现无位置传感器永磁同步电机各个速度阶段的参数辨识。在中高速阶段，通过构造电路，实现对输入量的模型化，得到输出参数；在低速零速阶段，通过对模型输入参数的精确化，实现模型输出量的精确化，本发明采用三闭环控制，在参数辨识过程中根据转速的高低切换系统的工作模式。本发明适用于无传感器永磁同步电机的参数辨识。
文档编号H02P21/14GK102739150SQ201210205350
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月20日 优先权日2012年6月20日
发明者刘剑, 宋和义, 张微, 李彦, 杨贵杰, 苏建勇 申请人:哈尔滨工业大学