一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，属于电机控制领域。
【背景技术】
[0002] 日渐增长的能量消耗要求在工业设备中应用更加高效的控制系统，电力电子和控 制技术能有效提升目前大多数工业驱动系统效率。永磁同步电机因其高效率、高功率密度、 高动态响应等一系列优点受到业内重视，因而逐渐在工业设备中得到广泛应用。对于一些 需要长时间持续运转的装置，比如风机、泵、压缩机类负载，效率上若能有提升，将节省巨大 能量。将永磁同步电机应用于这些场合，能显著提升能源利用率，节约能源。
[0003] 永磁同步电机的控制方法主要有：1)矢量控制，包括电流矢量控制、磁场定向控 制、直接转矩控制和磁链控制等，这些控制策略具有较高的动态性能，控制精度高，抗干扰 能力较强。2)标量控制，包括常规的V/f?控制、带有稳定修正环的V/f控制等，这类控制策 略实施较为简单，鲁棒性强，但动态响应速度不高。过去十年里，无位置传感器控制得到了 大力发展，主要在于省去位置传感器有助于降低成本，同时避免了信号干扰和高速状态下 抖振所造成的传感器测量不准和失灵问题。相关研宄集中在考虑成本的基础上提升性能和 可靠性，提升控制精度和动态响应性。
[0004] 将基于标量v/f控制的永磁同步电机无位置传感器驱动系统应用于风机类场合， 是目前一种优质选择，主要在于这类负载对动态性能要求不高。众所周知，永磁同步电机转 子上设计制造的阻尼绕组能确保转子速度与定子电频率保持同步。而出于设计和制造上的 困难与成本，现有的大多数永磁同步电机转子上并未安装阻尼绕组，因而采用传统的开环 V/f控制策略就无法保证电机的同步稳定运行。除此之外，对于风机、水泵、压缩机等应用场 合，驱动系统的效率和出力能力是一大关注点，以往对于永磁同步电机无位置传感器控制 研宄大都还没有对其产生足够的关注，研宄基于无位置传感器技术的V/f控制上实现类似 电流矢量控制的效果，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种永磁同步电机无位置传感器控 制方法，其中通过稳定环以及电压幅值修正环的具体结构及其设置方式进行研宄和涉及， 与现有产品相比更易于电机同步稳定运行以及矢量控制，同时具备一定的启动带载能力。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种永磁同步电机无位置传感器 控制方法，具体包括以下步骤：
[0007] 步骤（1):电角速度指令信号的给予，输入目标电角速度，以一定的上升或者下降 斜率从原电角速度指令信号按一次函数关系变化到新的目标电角速度，其中，定义为 目标电角速度，定义为变化过程中的电角速度指令；
[0008] 步骤⑵：电压合成矢量u/和0 /的确定；
[0009] 步骤（3):利用步骤（2)确定的电压合成矢量进行处理，用于驱动永磁同步电机；
[0010] 步骤⑷：测量永磁同步电机两相定子电流idPiB，进行转速稳定环和电压幅值修 正环控制，最终完成对永磁同步电机无位置传感器的控制。
[0011] 优选地，所述步骤（2)具体包括以下步骤：
[0012] 步骤（21):将步骤⑴中得到的电角速度指令、经过一个比例环节，比例系数为 永磁链Xm，输出得到转子反电势es;
[0013] 步骤（22):电压合成矢量幅值处理，具体包括：
[0014] 步骤（221):将步骤（21)得到的es、初始启动提升电压Utl和电压幅值修正环的输 出电压量Au进行相加，输出量为电压幅值us;
[0015] 步骤（222):将步骤（221)得到的电压幅值Us进行限幅处理，限幅环节上限为 $，其中，定义逆变桥输入的直流母线电压为Ud。，限幅环节下限为0,输出量为电压合成矢 量幅值iC;
[0016] 步骤（23):电压合成矢量角度处理，具体包括：
[0017] 步骤（231):将步骤⑴中所述的、与转速稳定环的输出电角速度量A? 通过 一个减法器，输出电压矢量的电角速度值
[0018] 步骤（232):将步骤（231)得到的电角速度通过积分环节进行积分，得到电压 合成矢量角度值0 :。
[0019] 优选地，所述步骤（3)具体包括以下步骤：
[0020] 步骤（31):将步骤⑵得到的电压合成矢量幅值iC和角度值0 /，进行极坐标系 量到直角坐标a0轴系的转化，得到a轴和0轴的电压给定量分别记为u/、u/;
[0021] 步骤（32):对步骤（31)中的电压给定值u/、u/进行SVPWM调制，得到三相全桥 逆变桥中六个开关管的驱动信号，上述逆变桥用于驱动永磁同步电机。
[0022] 优选地，所述步骤（4)具体包括以下步骤：
[0023] 步骤（41):测量永磁同步电机定子两相电流込和iB，将所测得的两相定子电流iA 和iB经过Clark变换得到两相静止直角a-0坐标系下的电流i。和ie;
[0024] 步骤（42):利用步骤（31)得到的电压给定量u/、u/，和步骤（41)得到的电流 ia、ie，进行输入功率计算，分别计算出输入电机的有功功率P和无功功率Q;
[0025] 步骤（43):利用步骤（42)输出的电机输入有功功率P进行转速稳定环控制，具体 还包括如下处理：
[0026] 步骤（431):将所述电机输入有功功率P，经过一个一阶高通滤波器，得到输入电 机的扰动有功功率Ap;
[0027] 步骤（432):利用步骤（431)得到的所述扰动有功功率Ap，经过一个比例系数为 kp的放大环节，输出得到转速稳定环的输出电角速度量A?
[0028] 步骤（44):利用步骤（42)得到的电机输入有功功率P和无功功率Q、以及步骤 (231)输出得到的电压矢量电角速度进行电压幅值修正环控制，具体还包括如下处理：
[0029] 步骤（441):利用步骤（42)得到的电机输入有功功率P和步骤（231)输出得到的 电压矢量电角速度《/，通过Qraf计算环节，计算输出电机在ms'fl、最大转矩电流比、id =〇控制策略下的指令无功功率QMf;
[0030] 步骤（442):利用步骤（441)输出得到的指令无功功率Q,ef和步骤（42)得到的输 入电机的无功功率Q，通过一个减法器，输出得到无功功率偏差值AQ;
[0031] 步骤（443):利用步骤（442)得到的无功功率偏差值AQ，通过PI调节器进行调节 控制，输出得到电压幅值修正环的输出电压量Au。
[0032] 总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有技术相比，主要具备以下的技术优 占.
[0033] 1、硬件实施要求少，只需采集两相定子电流，对电机参数的依赖性小，计算量小。 同时通过适当提升启动电压，系统具备一定的启动带载能力；
[0034] 2、从电机失步崩溃的本质原因入手，提出加入转速稳定环，解决电机在中尚频率 域或负载突变时无法保持同步稳定运行的问题；
[0035] 3、从控制输入电机的无功功率为突破点，提出cmpl、最大转矩电流比（MTPA)、 id= 〇等矢量控制策略算法，加入电压幅值修正环，最终实现矢量控制。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明所设计的永磁同步电机无位置传感器控制方法的控制结构和原理 框图。
【具体实施方式】
[0037] 为了使本发明的控制结构、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发 明进一步详细说明。
[0038] 图1所示为本发明所述的控制方法原理框图，具体包括：电角速度指令加减速环 节、计算转子反电势的比例环节、电压限幅环节、电角速度积分环节、极坐标系/两相静止 a0坐标系变换、SVPWM调制、三相逆变电源、永磁同步电机、电流传感器、三相静止ABC坐 标系/两相静止a0坐标系变换（Clark变换）、两相静止a0坐标系下功率计算环节、高 通滤波器、转速稳定比例调节器、(MTPA、id= 0)控制策略时指令无功功率计算、电 压幅值修正PI调节器等。
[0039] 本发明提出了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，具体包括以下具体步 骤：
[0040] 步骤（1):电角速度指令信号的给予，输入目标电角速度，以一定的上升或者下降 斜率从原电角速度指令信号按一次函数关系变化到新的目标电角速度，其中，定义为 目标电角速度，定义为变化过程中的电角速度指令；
[0041] 步骤（2):电压合成矢量的确定，具体包括如下处理：
[0042] 步骤（21):将步骤⑴中得到的经过一个比例环节，比例系数为永磁链入m，输 出得到转子反电势es;
[0043] 步骤（22):电压合成矢量幅值处理，具体包括：
[0044] 步骤（221):将步骤（21)得到的es，初始启动提升电压Utl和电压幅值修正环的输 出电压量Au进行相加，输出量为电压幅值us;
[0045] 步骤（222):将步骤（221)得到的电压幅值Us进行限幅处理，限幅环节上限为
矢量幅值iC;
[0046] 步骤（23):电压合成矢量角度处理，具体包括：
[0047] 步骤（231):将步骤⑴得到的与