一种永磁同步电机低速无传感器控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机控制技术领域，涉及一种永磁同步电机低速无传感器控制方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机在低速甚至零速阶段，反电动势会变得特别小或为零而不易检测， 使得利用反电动势估计转子位置的无传感器控制方法的估算误差很大甚至无法估计，这些 方法包括反电动势估算法、磁链估算法、模型参考自适应发法、卡尔曼滤波器估算法和扩展 卡尔曼滤波器估算法等；而高频信号注入法是依靠电机本身的凸极性来检测转子位置，与 电机本身参数无关，不依靠检测到的反电动势，也就不依靠电机的转速，所以可以将这种估 计转子位置的无传感器方法利用在低速阶段。
[0003] 常用的高频信号注入法又可分为脉振高频信号注入法和旋转高频信号注入法两 种形式，其中脉振高频信号注入法具有结构简单，无需对转子估算角度进行补偿，精度高， 性能好等优点；然而从实现的角度来说，采用高频旋转信号注入法的转子位置检测系统自 成一体，更容易实现，因此旋转高频信号注入法更适用于实际应用；但高频旋转信号注入法 需要通过滤波器，这会造成一定的相位滞后，使得转子位置的估算结果产生误差。因此对通 过滤波器产生的相位延迟进行补偿使得转子位置估算精度有效提高是非常有必要的。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机低速无传感器控制方法及装 置，该方法采用传统的高频旋转信号注入法，并在其基础上对信号通过滤波器所产生的相 位滞后进行补偿，提高估算精度。
[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] -种永磁同步电机低速无传感器控制装置，包括高频电压信号生成单元（100)、相 位信号处理单元（101)、转速控制单元（102)、一号电流控制单元（103)、二号电流控制单元 (104)、PARK逆变换单元（105)、SVPffM单元（106)、电压源逆变器单元（107)、永磁同步电 机（108)、一号低通滤波器单元（109)、二号低通滤波器单元（110)、PARK变换单元（111)、 CLARKE变换单元（112)，位置跟踪观测器单元（113)、同轴高通滤波器单元（114)、一号带通 滤波器单元（115)、二号带通滤波器单元（116)、一号电流计算单元（117)、二号电流计算单 元（118);其中：
[0007] 转速给定指令信号Dl和转速估计值El经过转速控制单元（102)后，输出q轴给 定电流信号G1，G1和q轴定子电流分量Rl通过二号电流控制单元（104)后，输出q轴给定 电压信号给定值Il;d轴给定电流信号Xl和d轴定子电流信号Fl通过一号电流控制单元 (103)得到d轴给定电压信号值Hl;
[0008] 两相旋转坐标系下d轴电压信号给定值Hl和q轴电压信号给定值Il通过PARK 逆变换单元（105)得到两相静止坐标系下a轴电压信号值Jl和两相静止坐标系下P轴 电压信号值Kl;最终注入的a轴旋转高频电压信号BI和最终注入的13轴旋转高频电压 信号Cl分别叠加在a轴电压信号Jl和P轴电压信号Kl上；
[0009] 两相静止坐标系下a轴和0轴值Jl、Kl通过SVPffM单元（106)后，输出逆变器 所需的开关信号L1，开关信号Ll通过电压源逆变器单元（107)后，得到三相静止坐标系下 给定电压并驱动永磁同步电机（108)工作；
[0010] 通过对永磁同步电机（108)的定子电流进行检测得到三相静止坐标系下的电流 值M1，M1通过CLARKE变换单元（112)进行坐标变换得到两相静止坐标系下的a轴电流和 0轴电流Nl和01，再接着通过PARK变换单元（111)得到两相旋转坐标系下d轴电流和q 轴电流的值Pl和Q1，两相坐标系下d轴电流值Pl和q轴电流值Ql分别通过一号低通滤 波器单元（109)和二号低通滤波器单元（110)滤去高频信号后分别作为d轴电流反馈信号 Fl和q轴电流反馈信号Rl输入到一号电流控制单元（103)和二号电流控制单元（104)完 成闭环控制；
[0011] 两相静止坐标系下a轴电流Nl和P轴电流01还分别经过一号带通滤波器单元 (115)和二号带通滤波器单元（116)滤去基频电流、低频的谐波电流和PffM开关信号得到 a轴高频载波电流Sl和P轴高频载波电流Tl，高频载波电流Sl和Tl通过同轴高通滤波 器单元（114)滤去正序分量后，输出高频载波电流负序分量Ul，Ul再经过位置跟中观测单 元（113)得到估计的转子磁极位置估计值Y1，Y1再经过计算得到电机转速估计值E1，转子 磁极位置估计值Yl将输入到PARK变换单元（I11)和PARK逆变换单元（105)，为坐标变换 提供转子位置角度信息，而电机转速估计值El将作为转速反馈信号输入到转速控制单元 (102)完成闭环控制；
[0012] 经过带通滤波器带有相位滞后的a轴高频载波电流Sl和P轴高频载波电流Tl 还分别经过一号电流计算单元（117)和二号电流计算单元（118)得到相位滞后的a轴高 频电压Vl和P轴高频电压Wl;a轴高频电压Vl和P轴高频电压Wl通过相位信号处理 单元得到一个相位分量；由高频信号生成单元（100)生成的旋转高频电压信号Al统统相位 信号处理单元（101)将相位分量对其进行补偿得到最终注入的旋转高频电压信号并将其 分解成最终注入的a轴旋转高频电压信号Bl和最终注入的P轴旋转高频电压信号Cl; 完成闭环控制。
[0013]进一步，所述位置跟踪观测器单元（113)包括一号加法运算单元（201)、二号加法 运算单元（205)、减法运算单元（202)、PI调节单元（203)、积分单元（204)、一号函数转换 单元（207)、二号函数转换单元（206)，转速计算单元（208);
[0014] 将高频载波电流负序分量Ul分解成a轴高频载波电流负序分量A2和P轴高频 载波电流负序分量F2 ;a轴高频载波电流负序分量A2与转子磁极位置估计值的正弦函数 12 -起经过一号乘法单元（201)相乘得到B2,P轴高频载波电流负序分量F2和转子磁极 位置估计值的余弦函数H2共同经过二号乘法单元（205)相乘得到G2 ;B2和G2通过减法运 算单元（202)得到转子磁极位置误差计算式C2 ;
[0015] 转子磁极位置误差计算式通过PI调节单元（203)滤除噪声和干扰成分得到积分 单元（204)的控制电压D2 ;D2再通过积分单元得到转子磁极位置估计值Yl;转子磁极位置 估计值Yl分别通过一号函数转换单元（207)和二号函数转换单元（206)得到转子磁极位 置估计值的正弦函数值12和转子磁极位置估计值的余弦函数值H2 ;转子磁极位置估计值 的正弦函数值12和转子磁极位置估计值的余弦函数值H2再分别作为反馈值输入到一号乘 法单元（201)和二号乘法单元（205);
[0016] 转子磁极位置Yl还要通过转速计算单元（208)得出转速估计值El作为转速反馈 值输入到转速控制单元。
[0017] 进一步，所述相位信号处理单元（101)还包括：乘法运算单元（301)、低通滤波器 单元（302)、PI调节单元（303)、相位补偿单元（304)，其中：
[0018] a轴高频电压Vl和P轴高频电压Wl通过乘法运算单元（301)分别与一个高频 余弦分量A3和一个高频正弦分量B3相乘后，得到在a轴和0轴上具有高频交流分量和 直流分量相加的一个和值C3、D3 ;C3和D3再通过低通滤波器单元（302)滤去交流分量后， 得到a轴上一个含有相位信息的直流分量￡3和P轴上一个含有相位信息的直流分量F3 ; a轴上一个含有相位信息的直流分量￡3和P轴上一个含有相位信息的直流分量F3通过 PI调节单元（303)得到a轴相位补偿信号G3和P轴相位补偿信号H3 ;a轴相位补偿信 号63和P轴相位补偿信号H3与高频信号生成单元（100)生成的高频旋转电压信号Al- 起通过相位补偿单元（304)得到a轴最终注入的高频旋转电压信号Bl和P轴最终注入 的高频旋转电压信号C1，完成有相位补偿的高频旋转信号的注入。
[0019] 本发明还提供了一种永磁同步电机低速无传感器控制方法，包括以下步骤：
[0020] 1)转速给定值Dl和转速估计值El通过转速控制单元获得q轴电流给定值；q轴 电流给定值和q轴电流检测值通过二号电流控制单元得到q轴电压给定值II，同理可得d 轴电压给定值Hl;
[0021] 2)两相旋转坐标系下的电压给定值Il和Hl通过PARK逆变换单元得到两相静止 坐标系下的电压值Jl、Kl;再将高频旋转电压信号叠加后一起通过SVPffM单元获得开关信 号控制逆变器输出三相电流；
[0022] 3)三相静止坐标系下的电流通过CLARK变换单元得到两相静止坐标系下的电流 信号Nl、01 ;再通过PARK变换单元得到两相旋转坐标系下电流信号PUQl;最后通过低通 滤波器单元滤除高频信号得到基频电流值反馈给两个电流控制单元完成闭环，返回步骤 2)；
[0023] 4)两相静止坐标系下的电流信号Nl、01还通过带通滤波器单元滤除基频和干扰 频率得到高频载波电流信号Sl、Tl;再经过同轴高通滤波器滤去正序分量得到高频载波电 流信号的负序分量Ul;
[0024] 5)高频载波电流信号的负序分量Ul分解成a轴分量A2和P轴分量F2,利用外 差法使A2、F2分别与转子估计位置的正弦值和余弦值通过两个乘法单元得到B2、G2 ;再将 B2和G2相减得到误差计算式C2