凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动机技术领域，特别涉及一种凸极式永磁同步电机无位置传感器的 控制方法。
【背景技术】
[0002] 自20世纪80年代以来，现代电机技术、现代电力电子技术、微电子技术、控制技术 及计算机技术等支撑技术快速发展，交流伺服控制技术发展已极大迈进，交流伺服系统性 能日渐提高，价格趋于合理。由于永磁同步电机的效率高、尺寸小、转矩脉动小，永磁同步电 机成为了电机伺服系统的一个发展趋势。但是，同步电机通常包括机械式位置传感器（编 码器、测速发电机）来实现基于位置的控制算法，这类传感器有安装、电缆连接、故障等问 题，并影响系统可靠性和限制系统使用范围，不符合集成应用系统要求。
[0003] 具体地，相关技术中无机械传感器交流调速系统是指利用电机绕组中有关电信 号，并且结合适当方法估计出转子位置和转速，实现转子位置自检测。其中，有很多方法提 出了各种转子位置和速度检测方法，其大多数都是检测基波反电势来获转子位置信息。然 而，这种基于基波激励方法实施虽然简单，但零速或低速时因反电势过小而根本无法检测， 只适用于高转速运行。另外，相关技术中的这些方法需利用基波电压和电流信号计算转子 位置和速度，导致对电机参数变化很敏感，鲁棒性差。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种能够提高使用适用性，并且增加电机驱动 的可靠性的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法。
[0006] 本发明的另一个目的在于提出一种凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制装 置。
[0007] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种凸极式永磁同步电机无位置传 感器的控制方法，包括以下步骤：当永磁同步电机在高转速模式运行时，获取电机端电压和 相电流；将所述电机端电压和相电流转化为a0坐标系下的电压和电流；建立反电动势方 程；将所述a0坐标系下的电压和电流代入所述反电动势方程，以估算出反电动势；将所 述反电动势代入反电动势-转子角位置关系方程，以得到转子角位置；当所述永磁同步电 机在低转速模式或零转速模式运行时，向电机的定子绕组注入对称三相高频旋转电压；通 过所述对称三相高频旋转电压与电机的凸极的相互作用，以得到转子位置信息；以及将所 述转子角位置或所述转子位置信息代入衔接算法的加权方程，以估算当前的转子位置和速 度。
[0008] 根据本发明实施例提出的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，首先在 高转速模式运行时，通过获取电机端电压和相电流，并转化为a0坐标系下的电压和电 流，以根据反电动势方程估算出反电动势，从而得到转子角位置，其次在低转速或零转速模 式运行时，向定子绕组注入对称三相高频旋转电压，从而得到转子位置信息，实现通过衔接 算法将高速段及低速段得到的转子角位置和转子位置信息估算当前的转子位置和速度的 目的，适用于全转速范围，不但适用于高速，而且适用于低速和零速，提高了使用适用性，并 且增加了电机驱动的可靠性，鲁棒性好，抗干扰能力强。
[0009] 另外，根据本发明上述实施例的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法还 可以具有如下附加的技术特征：
[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述反电动势方程为：
[0011]
【主权项】
1. 一种凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 当永磁同步电机在高转速模式运行时，获取电机端电压和相电流； 将所述电机端电压和相电流转化为α β坐标系下的电压和电流； 建立反电动势方程； 将所述α β坐标系下的电压和电流代入所述反电动势方程，以估算出反电动势； 将所述反电动势代入反电动势-转子角位置关系方程，以得到转子角位置； 当所述永磁同步电机在低转速模式或零转速模式运行时，向电机的定子绕组注入对称 三相高频旋转电压； 通过所述对称三相高频旋转电压与电机的凸极的相互作用，以得到转子位置信息；以 及 将所述转子角位置或所述转子位置信息代入衔接算法的加权方程，以估算当前的转子 位置和速度。
2. 根据权利要求1所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述反电动势方程为：
其中，ω为低通滤波器的截至频率，e' a、e' ρ为反电动势估计值、K1为滑模观测器 增益、?、^为电流观测误差。
3. 根据权利要求1所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述反电动势-转子角位置关系方程为： ea =-入 ω esin Θ e ， Θ g - λ W eCOS θ e 其中，ea、ep为反电动势、ω e为电机角速度、θ e为转子转角。
4. 根据权利要求1所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述对称三相高频旋转电压为：
其中，'、vL :为高频注入电压q轴和d轴的电压分量、Vsi为高频注入电压幅值、ω i 为高频注入电压的角频率。
5. 根据权利要求1所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述衔接算法的加权方程为： n = kXnH+(l-k) XnL θ = kX Θ H+(l_k) X Θ L 其中，k为权值、ηΗ为高速段滑模控制估计的转速、ru为低速段高频注入估计的转速、 ΘΗ为高速段滑模控制估计的转子角位置、Θ 低速段高频注入估计的转子角位置。
6. -种凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制装置，其特征在于，包括： 采样模块，当永磁同步电机在高转速模式运行时，用于获取电机端电压和相电流； 转换模块，用于将所述电机端电压和相电流转化为α β坐标系下的电压和电流； 创建模块，用于建立反电动势方程； 计算模块，用于将所述α β坐标系下的电压和电流代入所述反电动势方程，以估算出 反电动势； 第一获取模块，用于将所述反电动势代入反电动势-转子角位置关系方程，以得到转 子角位置； 注入模块，当所述永磁同步电机在低转速模式或零速转速模式运行时，用于向电机的 定子绕组注入对称三相高频旋转电压； 第二获取模块，用于通过所述对称三相高频旋转电压与电机的凸极的相互作用，以得 到转子位置信息；以及 第三获取模块，用于将所述转子角位置或所述转子位置信息代入衔接算法的加权方 程，以估算当前的转子位置和速度。
7. 根据权利要求6所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述反电动势方程为：
其中，ω为低通滤波器的截至频率，e' a、e' ρ为反电动势估计值、K1为滑模观测器 增益、ζ、^ :为电流观测误差。
8. 根据权利要求6所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述反电动势-转子角位置关系方程为： ea =-入 ω esin Θ e θβ - λ 〇 eCOS θ e 其中，ea、ep为反电动势、ω e为电机角速度、θ e为转子转角。
9. 根据权利要求6所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述对称三相高频旋转电压为：
其中，vL、为高频注入电压q轴和d轴的电压分量、Vsi为高频注入电压幅值、ω i 为高频注入电压的角频率。
10. 根据权利要求6所述的凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法，其特征在 于，所述衔接算法的加权方程为： n = kXnH+(l-k) XnL θ = kX Θ H+(l_k) X Θ L 其中，k为权值、ηΗ为高速段滑模控制估计的转速、ru为低速段高频注入估计的转速、 ΘΗ为高速段滑模控制估计的转子角位置、Θ 低速段高频注入估计的转子角位置。
【专利摘要】本发明公开了一种凸极式永磁同步电机无位置传感器的控制方法及装置，其中，方法包括以下步骤：当高转速模式运行时，获取电机端电压和相电流，并转化为αβ坐标系下的电压和电流，以估算出反电动势，从而得到转子角位置；当低转速或零转速模式运行时，向定子绕组注入对称三相高频旋转电压；通过对称三相高频旋转电压与电机的凸极的相互作用得到转子位置信息；将转子角位置或转子位置信息代入衔接算法的加权方程，以估算当前的转子位置和速度。本发明实施例的控制方法不但适用于高速，而且适用于低速和零速，并且增加了电机驱动的可靠性。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104868814
【申请号】CN201510226507
【发明人】杨莲慧, 孟凡坤, 杨冉, 李亚芳
【申请人】北京动力机械研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月6日