用于小容量母线电容驱动器的无位置传感器估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机设备的技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于永磁同步电机较高的功率密度以及优异的控制特性被广泛用于交通、航天、 家用电器等领域。但是，永磁同步电机需要专用驱动器进行控制。目前常用的驱动器一般 采用交-直-交的主电路设计方案或者直接由直流源供电的直-交设计方案。无论采用何 种设计方案都需要在驱动器的直流母线上加入大容量的电解电容来抑制电压波动。电解电 容虽然具有价格便宜、能量密度高的优点，但是其稳定性差、寿命较低，容易受到外界温度 的影响，在上电过程中容易产生冲击电流。目前，在驱动器中已经开始采用膜电容代替电解 电容，或者使用容量较小的电解电容。
[0003] 采用膜电容或者减小原有电解电容的容值，会影响到电机无位置传感器估算算法 的精度。这是由于常见的永磁同步电机驱动器采用的算法均需要检测母线电压。由于驱动 器母线电容的减小或者取消，在电机运行时会使得母线电压产生电周期的六次波动，从而 影响无位置估算算法的精度。可见，现有的无位置传感器算法不适用于小容量母线电容驱 动器的电机控制系统。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种用于小容量母线电容驱动器的无位置传感器估算方法， 是为了解决现有的驱动器母线电容减小或者取消，使得母线电压在电机运行时产生六次波 形，从而影响无位置估算算法精度的问题。
[0005] 所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种用于小容量母线电容驱动器的无 位置传感器估算方法，它的方法步骤为：
[0006] 步骤一：利用微控制器U对电流传感器L采样的相电流ia、ib进行三相到两相变 换，得到ia、iP;
[0007] 步骤二：利用微控制器U对控制量丨与Vq进行纯延时滤波，即
其中，Vd(n)、Vq(n)表 示当前值，Vd(n-1)、Vq(n-1)表示半个电周期之前的数值；
[0008] 步骤三：利用微控制器U对电压传感器K采样的母线电压U。进行纯延时滤波，即 Uc= 0.5(Uc+UceTs);其离散表达式为Uc(n) = 0.5〇Un)+lUn-l))，其中，Uc(n)表示当前 值，Ujn-l)表示半个电周期之前的数值；
[0009] 步骤四：对％与Vq进行逆PARK变换并与母线电压U。相乘得到Va与V^;
[0010] 步骤五：依据ia、ip与Va、Vp以及永磁同步电机M的电感Ls、相电阻Rs、转子磁 链itf，采用虚拟坐标系法计算电机的转子转速与位置：
[0011] 注：虚拟坐标系法的估算表达式：
[0014] 若在转子位置估算过程中得到位置角0^，实际位置角为0，位置差
[0015]值A0 = 0 0;虚拟d^-q^坐标系下的感应电动势Esq、Esd可以表示为：
[0019] 对转速积分就可以得到转子实际位置
[0020] 0est=f?edt〇
[0021] 本发明能够有效消除驱动器母线电容容量减小后对无位置估算算法的影响，实现 简单方便。能够将位置估算误差减小到原来的15%以下，基本上能够保证减小母线电容后 不会对位置估算精度产生影响。使得小容量母线电容驱动系统同样能够采用无位置传感器 控制方案，进一步降低系统成本、提高可靠性。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明方法涉及的电路结构简要示意图；
[0023] 图2是本发明方法涉及的无位置传感器估算简要示意框图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0024] 一：结合图1、图2所示，它的方法步骤为：
[0025] 步骤一：利用微控制器U对电流传感器L采样的相电流ia、ib进行三相到两相变 换，得到ia、iP;
[0026] 步骤二：利用微控制器U对控制量丨与Vq进行纯延时滤波，即
，其中，Vd(n)、Vq(n)表 示当前值，Vd(n-1)、Vq(n-1)表示半个电周期之前的数值；
[0027] 步骤三：利用微控制器U对电压传感器K采样的母线电压U。进行纯延时滤波，即 Uc= 0.5(Uc+UceTs);其离散表达式为Uc(n) = 0.5〇Un)+lUn-l))，其中，Uc(n)表示当前 值，Ujn-l)表示半个电周期之前的数值；
[0028] 步骤四：对％与Vq进行逆PARK变换并与母线电压U。相乘得到Va与Vp;
[0029] 步骤五：依据ia、ip与Va、Vp以及永磁同步电机M的电感Ls、相电阻Rs、转子磁 链itf，采用虚拟坐标系法计算电机的转子转速与位置：
[0030] 注：虚拟坐标系法的估算表达式：
[0033] 若在转子位置估算过程中得到位置角0^，实际位置角为0，位置差
[0034] 值A0 = 0 0;虚拟d^-q^坐标系下的感应电动势Esq、Esd可以表示为：
[0038] 对转速积分就可以得到转子实际位置
[0039] 0est=f?edt〇
[0040] 工作原理：对于小容量母线电容驱动器驱动的闭环永磁同步电机控制系统，其无 位置传感器估算误差主要来自于母线电压波动和a轴给定控制量的波动。其中母线电 压波动次数为电频率的6次，而a轴电压波动为电频率的5、7次。不同次数的低频波 动很难通过单一滤波器滤除。通过分析，d_q轴电压中只含有电频率的6次波动，所以改进 的算法中采用d_q轴电压经过纯延时滤波器滤除6次波动，最后通过坐标变换得到a-0 轴电压进行位置估算，从而消除小母线电容带来的误差。
【主权项】
1.用于小容量母线电容驱动器的无位置传感器估算方法，其特征在于它的方法步骤 为：步骤一：利用微控制器U对电流传感器L采样的相电流ia、ib进行三相到两相变换，得 到 i α、i P; 步骤二：利用微控制器U对控制量丨与V q进行纯延时滤波，即 其离散表达式为其中，Vd(n)、Vq(n)表示当前值，V d(n-1)、 Vq(n-1)表示半个电周期之前的数值； 步骤三：利用微控制器U对电压传感器K采样的母线电压U。进行纯延时滤波，即U。= 0.5(Uc+Uce Ts);其离散表达式为 Uc(n) =0.5(Uc(n)+Uc(n-l))，其中，Uc(n)表示当前值， UJn-I)表示半个电周期之前的数值； 步骤四：对1与V q进行逆PARK变换并与母线电压U。相乘得到V α与V Ji; 步骤五：依据ia、ip与V α、VP以及永磁同步电机M的电感Ls、相电阻Rs、转子磁链Φ f， 采用虚拟坐标系法计算电机的转子转速与位置： 注：虚拟坐标系法的估算表达式：若在转子位置估算过程中得到位置角θ^，实际位置角为Θ，位置差值△ Θ = θ Θ ;虚拟d^-q^坐标系下的感应电动势E sq、Esd可以表示为：对转速ω JR分就可以得到转子实际位置 9 est= f ω edto
【专利摘要】用于小容量母线电容驱动器的无位置传感器估算方法，本发明属于电机设备的技术领域。它的方法步骤一：利用微控制器对电流传感器采样的相电流ia、ib进行三相到两相变换，得到iα、iβ；步骤二：对Vd与Vq进行纯延时滤波；步骤三：对Vd与Vq进行逆PARK变换得到Vα与Vβ；步骤四：依据iα、iβ与Vα、Vβ以及电机的电感Ls、相电阻Rs、转子磁链ψf，采用虚拟坐标系法计算电机的转子转速与位置。本发明能够有效消除驱动器母线电容容量减小后对无位置估算算法的影响，实现简单方便。能够将位置估算误差减小到原来的15％以下，基本上能够保证减小母线电容后不会对位置估算的精度产生影响。使得小容量母线电容驱动系统同样能够采用无位置传感器控制方案。
【IPC分类】H02P6/18
【公开号】CN105071719
【申请号】CN201510446172
【发明人】徐永向, 黄盈亮, 邹继斌, 王宝超, 刘剑, 胡建辉, 尚静, 王骞, 刘承军
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月27日