)、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： 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11 ;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 ; 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0轴电压 信号值Kl;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分别叠加在a轴电压信号Jl和0轴电压信号Kl上； 两相静止坐标系下a轴和0轴值J1、K1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； 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Ml， Ml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P轴 电流Nl和Ol，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Ql，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； 两相静止坐标系下a轴电流附和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U1，U1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Yl，Yl再经过计算得到电机转速估计值El，转子磁极位置 估计值Yl将输入到PARK变换单元（111)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； 经过带通滤波器带有相位滞后的a轴高频载波电流Sl和0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（1〇〇)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。2. 根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低速无传感器控制装置，其特征在于：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); 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六2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 ; 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); 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。3. 根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低速无传感器控制装置，其特征在于：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： 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E3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63和P轴相位补偿信号H3; a轴相位补偿信号 G3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。4. 一种永磁同步电机低速无传感器控制方法，其特征在于：包括以下步骤： 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 ; 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； 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 NUOl ;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); 4) 两相静止坐标系下的电流信号Nl、Ol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 ; 5) 高频载波电流信号的负序分量Ul分解成a轴分量六2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 ; 6) 利用锁相环原理，上述步骤5)完成鉴相器环节，然后通过外差法得到的位置误差估 计C2通过一个PI单元作为环路滤波器；最后的压控振荡器环节是利用一个积分环节实现， 得出转子估计位置Yl ;再通过Yl计算出转速El反馈给转速控制单元，重复步骤1); 7) 高频载波电流信号Sl和Tl还通过两个电流运算单元得出有相位滞后的高频电压 信号Vl和Wl ;V1和Wl通过乘法运算单元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，得到具有高频交流分量和直流分量相加的一个和值C3、D3 ;C3、D3经过低通 滤波器单元得到具有相位信息的直流分量E3、F3 ;再经过PI调节单元后，输出相位补偿信 号 G3、H3 ; 8) 高频电压信号生成单元生成高频旋转电压信号Al与相位补偿信号G3、H3 -起通过 相位补偿单元得到最终注入的高频旋转信号BK Cl ;将其叠加在两相静止坐标系的给定电 压值上，重复步骤2)。
【专利摘要】本发明涉及一种永磁同步电机低速无传感器控制方法及装置，属于电机控制技术领域。本发明基于永磁同步电机矢量控制，利用高频旋转信号注入法完成转子位置的估算，并在其基础上对通过带通滤波器的高频信号进行处理，完成高频信号注入的闭环控制。该装置包括高频电压信号生成单元，相位信号处理单元，转速控制单元、一号电流控制单元、二号电流控制单元、PARK逆变换单元、SVPWM单元、电压源逆变器单元、永磁同步电机、一号低通滤波器单元、二号低通滤波器单元、PARK变换单元、CLARKE变换单元、位置跟踪观测器单元、同轴高通滤波器单元、一号带通滤波器单元、二号带通滤波器单元、一号电流计算单元、二号电流计算单元。本发明有效的避免了由相位高频信号滞后产生的误差，提高了转子位置估算精度。
【IPC分类】H02P21/14
【公开号】CN105024615
【申请号】CN201510470981
【发明人】黄智宇, 夏天骏, 乔旭日, 孙昌波
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年8月4日