一种永磁同步电机转速跟踪控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机转速跟踪控制方法，首先由扩展卡尔曼滤波器得到电机转速估计值，再由控制器根据电流实际值与参考值的误差来产生控制信号，最后通过逆变器实现对电机转速的控制。实现上述方法的控制系统包括：扩展卡尔曼滤波模块、转速控制模块、电流控制模块、逆变器和被控电机。本发明方法简单明了，能够准确对永磁同步电机转速进行跟踪控制。相比于传统矢量控制方法，系统结构简单，具有一定的应用前景。
【专利说明】
一种永磁同步电机转速跟踪控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及永磁同步电机的控制与应用，具体涉及一种永磁同步电机转速控制方 法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机具有运行平稳，效率高，调速性能好的特点，随着新型电机控制理论 的快速发展，永磁同步电动机在许多领域得到了迅速的推广应用。
[0003] 要想实现电机高精度控制，需要知道到电机的转子转速和位置信息，目前通常使 用位置传感器来获得。但位置传感器的使用会增加系统成本，不利于维护和检修。在恶劣的 运行环静下，可能会产生较大的误差，降低可靠性。无位置传感器控制技术利用电机本身的 数学模型，通过测量的到的电机电压、电流，运用估算算法得到电机转子速度和位置信息的 估计值，因此得到了广泛研究。
[0004] 目前永磁同步电机控制方法主要有直接转矩控制和矢量控制方法，这些方法通常 包括叠加的转矩控制环与电流控制环，并由PI控制器得到控制信号，最后利用SVPffM控制技 术对逆变器进行控制。这些方法依赖准确的电机参数，且结构较为复杂，不便于应用。
【发明内容】
[0005] 发明目的：本发明目的是给出一种有效的永磁同步电机转速控制方法，简化控制 系统结构，保证电机实际转速能准确跟踪给定转速。
[0006] 技术方案:一种永磁同步电机转速跟踪控制方法，包括以下步骤：
[0007] (1)运用扩展卡尔曼滤波器估计出电机转速值，并通过PI控制器得到转矩参考值；
[0008] (2)从逆变器的6种有效电压矢量中任意选取两条，比较分别采用两条电压矢量控 制信号后电机的实际电流与参考电流之间的误差，选择误差小的电压矢量作为本次采样时 刻的控制电压；
[0009] (3)根据步骤(2)选取的误差小的电压矢量控制逆变器开关状态，从而对电机进行 控制；
[0010] (4)进入下一采样时刻，重复步骤(1)~(4)。
[0011] 进一步的，步骤(2)选取的两条电压矢量中，任一电压矢量对应的电流误差εη计算 方法为
[0012]
[0013 ]其中，η为对应选取的电压矢量的序号，η取l、2;i〇为根据电机方程计算出的电流 分量;Vn为对应选取的电压矢量；△ t为尚散米样时间，Ld、Lq分别为电机d、q轴等效电感，i# 为参考电流;其中，P和io分别计算如下：
[0014]
[0015] 其中，C为转矩参考值，p为电机极对数，φ为永磁体磁链，R为定子电阻，id,k、iq,^ 别为当前采样时刻d、q轴电流，ω k为电机电角速度。
[0016] 进一步的，步骤(2)中选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压，具体 为：
[0017]
[0018]
[0019] 其中，Θ为电机转子位置；
[0020] 当T彡0时，选取vHt为控制电压；
[0021] 当T>0时，选取V2作为控制电压。
[0022]进一步的，步骤(2)中选取的两条电压矢量分别为
[0023]
[0024] 其中，Vdc为直流电压，Θ为电机转子位置。
[0025] 有益效果:通过所提出转速控制方法能得到逆变器开关信号，直接对逆变器进行 控制。省去了SVPffM模块，仅选取两个电压控制矢量，简化系统结构，更有利于工程实施。而 且本方法中电机转速与位置通过扩展卡尔曼滤波获得，不需要位置传感器，从而降低系统 成本，提高系统转速控制响应速度，提高运行可靠性。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明完整控制系统结构框图；
[0027] 图2为本发明电机控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0028] 本发明根据永磁同步电机id = 0控制策略，由给定转速计算得到目标电流值。然后 在比较两条电压控制矢量产生的电流误差后，选取误差较小的作为控制电压，最后通过逆 变器实现对电机转速的控制。结合扩展卡尔曼滤波器，可以实现永磁同步电机无位置传感 器控制，简化系统结构，降低成本。
[0029 ]下面结合附图对本发明具体实施方法进行阐述。
[0030] 如附图1、2所示，首先运用Clark和Park变换得到电机d、q轴等效电流，再通过扩展 卡尔曼滤波器得到电机估计转速，与给定跟踪转速比较之后，由PI转速控制器可以得到电 磁转矩给定值。：
[0031 ]根据永磁同步电机电磁转矩Tan计算表达式
[0032]
[0033] 当采用id = 0控制策略时，给定参考电流P如下：
[0034]
[0035] 式中，Φ为永磁体磁链，p为电机极对数，id,k、iq,k分别为当前采样时亥Ijd、q轴电流， Ld、Lq分别为电机d、q轴等效电感。
[0036] 从逆变器输出的6种有效电压矢量中任意选取两条，比较分别采用这两条电压矢 量控制信号后电机的实际电流与参考电流之间的误差，选择误差小的电压矢量作为本次采 样时刻的控制电压。本实施例选取如下两条电压矢量：
[0037]
[0038]
[0039] 其中，Vdc为直流电压，Θ为电机转子位置。矩阵[0 0 l]T，[0 I 0]τ可以反映出逆变 器开关状态。
[0040] 采用电压矢量Vn对电机进行控制后，实际电流向量in为：
[0041]
[0042]式中，η取l、2，io为根据电机方程计算出的电流分量，△ t为尚散米样时间;其中：
[0043]
[0044] 式中，R为定子电阻，id,k、iq,k分别为当前采样时刻d、q轴电流，co k为电机电角速 度。
[0045] 接下来分别计算采用这两条控制电压矢量后，每一电压矢量对应的实际电流与参 考电流的误差^为：
[0046]
[0047] 计算误差向量的模值，选择误差小的向量作为本次采样时刻的控制电压，，具体 为：
[0048] 令
[0049]
[0050] 当T彡0时，选取￥:作为控制电压；
[0051] 当T>0时，选取V2作为控制电压。
[0052]据选取的电压向量控制逆变器开关状态，对电机进行控制。
[0053] 然后进入下一采样时刻，重复以上步骤即可实现对永磁同步电动机的转速跟踪控 制。
[0054] 但本方法并仅不限于此，6种有效电压向量中任选两条均可作为本发明选取的控 制电压。
[0055] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于，包括W下步骤： (1) 运用扩展卡尔曼滤波器估计出电机转速值，并通过PI控制器得到转矩参考值； (2) 从逆变器的6种有效电压矢量中任意选取两条，比较分别采用两条电压矢量控制信 号后电机的实际电流与参考电流之间的误差，选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的 控制电压； (3) 根据步骤（2)选取的误差小的电压矢量控制逆变器开关状态，从而对电机进行控 制； (4) 进入下一采样时刻，重复步骤(1)~(4)。2. 如权利要求1所述永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于：步骤(2)选取的两 条电压矢量中，任一电压矢量对应的电流误差En计算方法为 其中，n为对应选取的电压矢量的序号，n取1、2; iO为根据电机方程计算出的电流分量； Vn为对应选取的电压矢量；At为离散采样时间，Ld、Lq分别为电机d、q轴等效电感，参考 电流;其中，i可日io分别计算如下：其中，C为转矩参考值，P为电机极对数，4为永磁体磁链，R为定子电阻，U k、iq, k分别为 当前采样时刻d、q轴电流，COk为电机电角速度。3. 如权利要求2所述永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于：步骤(2)中选择误 差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压，具体为： 令其中，0为电机转子位置； 当T《0时，选取Vi作为控制电压； 当T>0时，选取V2作为控制电压。4. 如权利要求1所述永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于：步骤(2)中选取的 两条电压矢量分别为其中，Vdc为直流电压，0为电机转子位置。
【文档编号】H02P25/02GK105915144SQ201610322986
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】李涛, 沈绍博, 邓金, 章栎
【申请人】南京航空航天大学