一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法与流程

文档序号:11236396

本发明属于电机控制领域,涉及一种无传感永磁同步电机的控制方法,具体涉及了一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法。



背景技术:

永磁同步电机通常采用MTPA(最大转矩电流比)控制实现效率最优运行。对隐极机而言,该方法令d轴电流Id=0以确保满足转矩需求的前提下减少电流幅值,从而减小电机铜耗,然而该方法忽略了电机铁耗的问题,因此Id=0并不是隐极机的效率最优点;而对凸极机而言,显然Id=0更不是效率最优的控制方法,因为凸极机在不同运行工况下都具有一个电机效率最优对应的Id值。为实现凸极机的效率最优运行,实际应用中往往需要通过一系列特性标定实验测试,以确定不同工况下电机效率最优运行时对应的d轴电流特性;然而不同电机的特性标定测试是一件费时费力的繁琐工程,而且在电机长期运行过程中,也会存在参数变化导致最优效率点偏离标定值的问题。

目前永磁同步电机无位置传感控制技术已广泛应用于风机、水泵等场合,该技术通过估算来获取转子位置角,其精度将直接影响矢量控制系统的性能。相比于有位置传感技术,无位置传感控制技术可简化整个变频调速系统的结构和重量,提高系统可靠性。然而转子位置估算需获取电机电阻、电感参数,参数误差或变动可能导致估算角与实际转子角度间存在偏差,进而造成实际d轴、q轴电流与理想d轴、q轴电流的偏差,从而导致电机输入功率增大、效率降低。为了解决上述情技术问题,现有技术通常采用估算角补偿控制的方式实现效率优化,但固定式补偿受参数变化影响,可能偏离效率最优点,系统鲁棒性较差。

而授权公告号为CN102969970B的中国发明专利提出一种电机最优效率跟踪控制的方法以解决特性标定测试的问题,然而该方法需动态调节电机转速实现最大效率跟踪,因此无法满足电机定速运行的要求。

因此,寻求一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法来解决上述技术问题是非常必要的。



技术实现要素:

有鉴于此,本发明的目的在于提出一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法,在避免了现有技术中的特性标定测试繁琐、采用固定式估算角补偿时参数测量误差或变动造成的效率降低、系统鲁棒性差等技术问题的前提下,同时可满足电机定速运行的要求。

本发明采用的技术方案如下:

一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法,所述的控制方法包括如下步骤:

S1)在初始变量的基础上先加后减或先减后加补偿变量;

S2)根据先加后减或先减后加补偿变量后对应的电机功率变化对步骤S1)中所述的初始变量进行跟踪调节,将本轮调节后的初始变量作为下一轮的初始变量;

S3)返回执行下一轮的步骤S1)和步骤S2);

其中,所述的初始变量为电机d轴电流指令或转子位置估算角。

优选地,在所述的步骤S2)中,所述的对步骤S1)中所述的初始变量进行跟踪调节的步骤为:对先加后减或先减后加补偿变量后对应的电机功率进行对比,其中,

当加补偿变量后对应的电机功率大于减补偿变量后对应的电机功率,取减补偿变量作为本轮的最终补偿变量,初始变量减补偿变量作为本轮调节后的初始变量;

当加补偿变量后对应的电机功率小于减补偿变量后对应的电机功率,取加补偿变量作为本轮的最终补偿变量,初始变量加补偿变量作为本轮调节后的初始变量。

优选地,在所述的步骤S3)中,当执行下一轮的步骤S1)和步骤S2)时,根据本轮的初始变量跟踪调节情况确定下一轮的补偿变量的加减顺序,其中,

当取减补偿变量作为本轮的最终补偿变量,下一轮的初始变量采用先减后加补偿变量;

当取加补偿变量作为本轮的最终补偿变量,下一轮的初始变量采用先加后减补偿变量。

优选地,在所述的步骤S2)中,所述的电机功率变化采用功率采样算法计算得到。

优选地,所述的功率采样算法步骤为:采用Id*Ud+Iq*Uq计算得到电机功率,且以每隔一定角度的电角度采样计算一次电机功率,得到电机功率变化,其中,Id为电机电流d轴采样值,Iq为电机电流q轴采样值,Ud为电机d轴输出电压指令值,Uq为电机q轴输出电压指令值。

优选地,对一个电周期内的多个采样点对应的电机功率进行平滑滤波处理,消除毛刺干扰,平滑滤波处理的公式为:Pk=N-1/N*Pk-1+pk/N对采样功率作平滑滤波处理,其中pk为第K次采样功率的计算值,Pk为平滑化处理后的第k次采样功率值,N为一个电周期内的采样次数。

优选地,所述的功率采样每隔10°的电角度采样计算一次电机功率。

优选地,在所述的步骤S2)中,对先加后减或先减后加补偿变量给予延时后记录对应的电机功率响应。

优选地,所述的延时时间范围为200-400ms。

优选地,所述的控制方法在电机处于稳态定速运行时执行,当电机进行动态调速时,本控制方法停止执行。

本发明的工作原理和优点:

(1)本发明通过采用对电机d轴电流指令或转子位置估算角进行在线式动态补偿实现无传感永磁同步电机的最优效率跟踪控制,避免了现有技术中的特性标定测试繁琐、采用固定式估算角补偿时参数测量误差或变动造成的效率降低、系统鲁棒性差等技术问题的前提下,同时可满足电机定速运行的要求,同时本发明算法简单,对MCU运算能力无太大需求,无需添加额外的硬件电路。

(2)本发明根据上一轮的补偿情况对下一轮控制变量的加减顺序进行调整,以克服电机功率扰动造成误补偿的情况,确保电机逐渐趋向最优效率点运行。

(3)本发明采用Id*Ud+Iq*Uq在线计算实时电机功率,且以每隔一定角度的电角度采样计算一次电机功率,得到电机功率变化,算法简单,无需增加额外功率采样电路。

(4)在以上第(3)点基础上,本发明对一个电周期内的多个采样点对应的电机功率进行平滑滤波处理,这样既能反映电机功率的变化趋势,又能消除功率采样计算中产生的毛刺干扰;同时该滤波算法简单,采样点少,不会对MCU运算性能造成压力。

附图说明

附图1是本发明具体实施方式的控制方法步骤流程图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法,控制方法包括如下步骤:S1)在初始变量的基础上先加后减或先减后加补偿变量;S2)根据先加后减或先减后加补偿变量后对应的电机功率变化对步骤S1)中初始变量进行跟踪调节,将本轮调节后的初始变量作为下一轮的初始变量;S3)返回执行下一轮的步骤S1)和步骤S2);其中,初始变量为电机d轴电流指令或转子位置估算角。

本发明实施例通过采用对电机d轴电流指令或转子位置估算角进行在线式动态补偿实现无传感永磁同步电机的最优效率跟踪控制,避免了现有技术中的特性标定测试繁琐、采用固定式估算角补偿时参数测量误差或变动造成的效率降低、系统鲁棒性差等技术问题的前提下,同时可满足电机定速运行的要求,同时本发明算法简单,对MCU运算能力无太大需求,无需添加额外的硬件电路。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

请参见图1所示,一种无传感永磁同步电机最优效率跟踪的控制方法,控制方法包括如下步骤:

S1)在初始变量x的基础上先加后减或先减后加补偿变量Δx,其中,初始变量为电机d轴电流指令Id_ref或转子位置估算角θ;具体地,在本实施方式中,需要进行第一轮补偿变量Δx加减顺序初始化,也就是说,在第一轮中,需要在初始变量x的基础上预先设定先加后减或先减后加补偿变量Δx;

S2)根据先加后减或先减后加补偿变量Δx后对应的电机功率变化对步骤S1)中初始变量x进行跟踪调节,将本轮调节后的初始变量x作为下一轮的初始变量x;优选地,在本步骤S2)中,电机功率变化采用功率采样算法计算得到。进一步优选地,在本实施方式中,功率采样算法步骤为:采用Id*Ud+Iq*Uq计算得到电机功率P,且以每隔一定角度的电角度采样计算一次电机功率,得到电机功率P变化,其中,Id为电机电流d轴采样值,Iq为电机电流q轴采样值,Ud为电机d轴输出电压指令值,Uq为电机q轴输出电压指令值;进一步优选地,在本实施方式中,对一个电周期内的多个采样点对应的电机功率P进行平滑滤波处理,消除毛刺干扰,平滑滤波处理的公式为:Pk=N-1/N*Pk-1+pk/N对采样功率作平滑滤波处理,其中pk为第K次采样功率的计算值,Pk为平滑化处理后的第k次采样功率值,N为一个电周期内的采样次数;具体优选地,在本实施方式中,功率采样每隔10°的电角度采样计算一次电机功率P,即一个电周期内采样36次,然后利用公式Pk=35/36*Pk-1+pk/36对采样功率作平滑滤波处理。

优选地,在本步骤S2)中,对先加后减或先减后加补偿变量Δx给予延时后记录对应的电机功率P响应,确保电机功率P响应的精确度。进一步优选地,延时时间范围为200-400ms;具体地,在本实施方式中,延时时间为300ms。

优选地,在本步骤S2)中,对上述步骤S1)中初始变量x进行跟踪调节的步骤为:对先加后减或先减后加补偿变量Δx后对应的电机功率P进行对比,即进行P+和P-之间的对比,其中,当加补偿变量+Δx后对应的电机功率P+大于减补偿变量-Δx后对应的电机功率P-,取减补偿变量-Δx作为本轮的最终补偿变量,初始变量x减补偿变量-Δx(即x-Δx)作为本轮调节后的初始变量x;当加补偿变量+Δx后对应的电机功率P+小于减补偿变量-Δx后对应的电机功率P-,取加补偿变量+Δx作为本轮的最终补偿变量,初始变量x加补偿变量+Δx(即x+Δx)作为本轮调节后的初始变量x。

S3)返回执行下一轮的步骤S1)和步骤S2);优选地,在本步骤S3)中,当执行下一轮的步骤S1)和步骤S2)时,根据本轮的初始变量x跟踪调节情况确定下一轮的补偿变量Δx的加减顺序,其中,当取减补偿变量-Δx作为本轮的最终补偿变量,下一轮的初始变量x采用先减后加补偿变量Δx;当取加补偿变量+Δx作为本轮的最终补偿变量,下一轮的初始变量x采用先加后减补偿变量Δx。

优选地,本发明实施方式的控制方法在电机处于稳态定速运行时执行,当电机进行动态调速时,本控制方法停止执行;具体优选地,在本实施方式中,在完成电机功率采样计算后检查判断电机是否处于稳态定速运行,若是,开始本发明的最优效率跟踪控制,若不是,继续按设定的电角度进行电机功率采样,具体可见图1所示的步骤顺序。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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