永磁同步电机转子磁极磁通链α轴及β轴分量观测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种永磁同步电机控制系统，尤其涉及永磁同步电机的无位置传感器 控制。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术及微处理器技术的发展，永磁同步电机及其矢量控制在国防、 制造业及工业等领域得到了广泛的应用，如火炮伺服控制、数控机床主轴及进给的控制等， 并取代直流电机及其伺服系统。通常永磁同步电机采用磁场定向控制，即矢量控制，在矢量 控制中需要对电机电流和电压进行矢量坐标变换，实现电流或电压的定子坐标系分量与转 子坐标系分量的转换，进行坐标变换需要用到电机转子的位置，通常利用旋转变压器或光 电码盘等位置传感器来检测电机的位置，大大提高了电机及伺服驱动器的硬件成本，对于 位置定位及跟踪精度要求不高的场合，以及需要进行稳速控制的场合，采用估计理论或观 测技术实现电机位置的计算，以取代电机位置传感器，能有效降低系统成本，因此电机位置 观测技术是实现永磁同步电机无位置传感器控制的核心技术，而电机转子磁极磁通链的观 测方法对实现电机位置的估计起到至关重要的作用。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种表面贴式永磁同步电机转子磁极磁通 链在电机两相定子坐标系的a轴及0轴分量观测方法，观测得到的电机转子磁极磁通链 的a轴及0轴分量可用于电机转子位置和速度的解算，以及实现永磁同步电机的无位置 传感器矢量控制。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0005] 第一步，读取当前采样时刻k的电机a轴和0轴电流ia (k)、ip (k)，以及a轴 和 0 轴电压ua (k)、up (k);
[0006] 第二步，计算当前采样时刻的中间变量ual(k) =ua (k)_ia (k)R和upl (k)= (k)-ip (k)R，R为电机定子绕组电阻；
[0007] 第三步，计算当前采样时刻的中间变量
其中，T为米样周期，ua2(k-l)、uP2(k-l)为，为 上一采样时刻值k-1计算的中间变量，C0flx为一阶滤波截止频率，取值范围为10 2~10 6;
[0008] 第四步，计算当前采样时刻值的中间变量W" (k) =ua2 (k)-Lia (k)， Vrp(k) =uP2(k)-Lip(k)，L为电机d轴或q轴绕组的电感；
[0009] 第五步，计算当前时刻的转子磁极磁通链a轴及0轴分量(k)、(k)，
[0012] 其中，W"(k-1)、W"(k-2)分别为k_l、k_2采样时刻的转子磁极磁通链a 轴分量，W^(k-l)、W^(k-2)分别为k-1、k-2采样时刻的转子磁极磁通链0轴分量， V"(k_l)、W' ^(k-l)为k-1采样时刻的转子磁极磁通链a轴分量，W' "(k_2)、 W'd(k-2)为k-2采样时刻的转子磁极磁通链0轴分量，coh。为高通滤波器截止频率， 取值范围为15~25rad/s，G为阻尼比，取值范围为0. 5~1。
[0013] 本发明的有益效果是：通过该算法计算的电机转子磁极磁通链的a轴及0轴分 量后，可采用简单计算法或锁相环方法实现电机角度和速度的解算，并实现电机的无位置 传感器控制。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0015] 本发明设ia为电机a轴电流，i^为电机0轴电流，ua为电机a轴电压，u^为 电机0轴电压，R为电机定子绕组电阻，L为电机d轴或q轴绕组的电感，实现该计算方法 的具体步骤为：
[0016] 第一步：读取当前采样时刻（第k个采样时刻）电机a轴和0轴电流ia(k)、 ip(k)，以及a轴和0轴电压ua (k)、up (k);
[0017] 第二步：计算ual(k) =ua (k)-ia (k)R，upl(k) =up (k)-ip (k)R，其中，ual(k)、 uM(k)为计算的中间变量（当前采样时刻）；
[0020] 其中，T为采样周期，ua2(k)、uP2(k)及ua2(k-l)、uP2(k-l)为计算的中间变量，分 别为当前采样时刻值和上一采样时刻值（第k-1个采样时刻），co￡1；(为一阶滤波截止频率， 取值范围为10 2~10 6rad/s;
[0021] 第四步：计算V〇〇 =ua2(k)-Lia (k)，V〇〇 =uP2(k)-Lip (k)，
[0022] 其中，W'ra (k)、W' r{! (k)为计算的中间变量（当前采样时刻值）；
[0023] 第五步：计算
[0026] 其中，W"(k)、(k)分别为当前时刻的转子磁极磁通链a轴及0轴分量， (k_l)、(k_2)分别为k_l、k_2采样时刻的转子磁极磁通链a轴分量，(k_l)、 Ip(k-2)分别为k-1、k-2采样时刻的转子磁极磁通链0轴分量。W' " (k-1)、W' r{! (k_l)为上一步计算的中间变量的k-1采样时刻的值，W' " (k-2)、W' r{! (k-2) 为上一步计算的中间变量的k-2采样时刻的值。coh。为高通滤波器截止频率，取值范围为 15~25rad/s，G为阻尼比，取值范围为0. 5~1。
[0027] 实施例1
[0028] 设wflx= 10 2rad/s, 〇hc= 15rad/s，G= 0? 5,则电机转子磁极磁通链的a轴 及0轴分量的计算步骤为：
[0029]第一步：读取当前采样时刻（第k个采样时刻）电机a轴和0轴电流ia (k)、 ip(k)，以及a轴和0轴电压ua (k)、up (k);
[0030] 第二步：计算ual(k) =ua (k)_ia (k)R
[0031] upl(k) =Up(k)-ip(k)R；
[0034] 第四步：计算Vra 〇〇 =ua2(k)_Lia (k)，V〇〇 =uP2(k)-Lip (k);
[0035] 第五步：计算
[0038] 实施例2
[0039] 设wflx= 10 6rad/s, 〇he= 25rad/s，G= 1，则电机转子磁极磁通链的a轴及 0轴分量的计算步骤为：
[0040] 第一步：读取当前采样时刻（第k个采样时刻）电机a轴和0轴电流ia (k)、 ip(k)，以及a轴和0轴电压ua (k)、up (k);
[0041] 第二步：计算ual(k) =ua (k)_ia (k)R
[0042] upl(k) =Up(k)-ip(k)R；
[0045] 第四步：计算W'ra(k) =ua2(k)-Lia (k)，W' (k) =uP2(k)-Lip (k);
[0046] 第五步：计算
【主权项】
1. 一种永磁同步电机转子磁极磁通链Ct轴及β轴分量观测方法，其特征在于包括下 述步骤： 第一步，读取当前采样时刻k的电机α轴和β轴电流ia (k)、ie (k)，以及α轴和β 轴电压 u a (k)、u p (k);第二步，计算当前采样时刻的中间变量ual(k) = ua (k)-ia (k)R和upl(k)= Up (k)-ip (k)R，R为电机定子绕组电阻； 第三步，计算当前采样时刻的中间变I1其中，T为米样周期，ua2(k-l)、u P2(k_l)为，为 上一采样时刻值k-Ι计算的中间变量，ωηχ为一阶滤波截止频率，取值范围为10 2~10 第四步，计算当前采样时刻值的中间变量ψ' ra(k)=ua2(k)-Lia(k)，W' rP(k) = uP2(k)-Lip (k)，L为电机d轴或q轴绕组的电感； 第五步，计算当前时刻的转子磁极磁通链a轴及β轴分量Ψμ (k)、Ψ# (k)，其中，(k_l)、Ψ" (k-2)分别为k-1、k-2采样时刻的转子磁极磁通链a轴 分量，y^e(k-l)、W^(k-2)分别为k-1、k-2采样时刻的转子磁极磁通链β轴分量， Ψ' "(k-l)、W' ^(k-l)为k-Ι采样时刻的转子磁极磁通链a轴分量，Ψ' "(k-2)、 Ψ' d(k-2)为k-2采样时刻的转子磁极磁通链β轴分量，。为高通滤波器截止频率， 取值范围为15~25rad/s，ζ为阻尼比，取值范围为0. 5~1。
【专利摘要】本发明提供了一种永磁同步电机转子磁极磁通链α轴及β轴分量观测方法，读取当前采样时刻k的电机α轴和β轴电流、电压，然后通过中间变量的换算，计算得到当前时刻的转子磁极磁通链α轴及β轴分量。本发明计算的电机转子磁极磁通链的α轴及β轴分量可采用简单计算法或锁相环方法实现电机角度和速度的解算，并实现电机的无位置传感器控制。
【IPC分类】H02P21/14
【公开号】CN105071738
【申请号】CN201510546345
【发明人】李长红, 边党伟, 赵涛, 杨波, 韩耀鹏
【申请人】中国兵器工业集团第二O二研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月31日