专利名称：面贴式永磁同步电机的低速无位置传感器控制方法
技术领域：
本发明涉及一种面贴式永磁同步电机(SPMSM)低速和零速无位置传感器控制的方法，属于永磁电机控制领域。
背景技术：
永磁同步电动机的控制需要精确的转子位置与转速信号，实现磁场定向和转速闭环控制。传统的检测电机转速和磁极位置的方法中，多采用机械传感器，如光电编码器或者旋转变压器等，使得永磁同步电动机系统不能在一些特殊的场合里可靠地工作，如航天、水下以及过热、振动等恶劣环境中，无传感器控制技术在这些场合比具有机械传感器的系统具有优势。根据适用的转速区间不同，可以把永磁同步电机无位置传感器控制方法分为两大类一类适用于中高速，大多基于电机基波模型；另一类适用于低速(或零速)，多为基于电机谐波模型，利用电机结构的物理特性或电感的饱和特性。众所周知，后者的实现难度较前者要高，是无位置传感器技术的关键。永磁同步电机分为凸极式和隐极式两种形式。面贴式永磁同步电机属于隐极式， 其特点为通常情况下，交轴和直轴电感近似相等，即Ltl = Ld。但有研究表明，随着电机磁路的饱和，会导致直轴电感随之变小，此时呈现出Ltl > Ld，称为电感饱和效应。据此，韩国学者％111^-灯Sul等提出了脉动高频电压信号注入法，在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电压信号，利用这种电感饱和效应，获得有效的凸极特性来实现转子位置估计。 该方法不需要确切的电机参数，所以成为了面贴式永磁同步电机低速无位置传感器控制的研究热点。在应用脉动高频电压信号注入法时，首先是建立永磁同步电机的高频模型，然后基于此高频模型进行估计系统设计。为了简化，通常做出两个忽略在高频电压信号激励下 UiaCOS (ω ht)，定子相绕组的高频感抗值《hL远大于电阻值Rs，即《hL □ Rs，忽略电机的电阻，将等效为了纯电感模型；由于所加的高频信号角频率高于转子旋转角频率，即 "hD ωε，认为 0，则忽略电压方程中的反电动势项，以及交叉耦合项ω、和 "eLdo得到如下电机的电压方程
权利要求
1. 一种面贴式永磁同步电机的低速无位置传感器控制方法，其特征在于包括如下具体步骤步骤(1)建立实际同步旋转坐标系d-q、估计的同步旋转坐标系J-S和实际两相静止坐标系α-β，定义估计的转子位置误差为= 么其中，θ定义为实际位置j定义为估计的转子位置d的初始值为0 ；步骤O)在估计的同步旋转坐标系》1的》轴上注入高频电压信号& zf^cosK )，用于驱动面贴式永磁同步电机，具体还包括如下处理步骤在估计的同步旋转坐标系的^轴上注入高频电压信号‘if/^cosh/)， 将该高频电压信号4与电流环PI调节器的)轴输出4相加，共同作为J轴电压给定4，其中，Umh定义为高频电压信号的幅值，义为高频电压信号的角频率；步骤02)采用估计的转子位置么将步骤(2)中的J轴电压给定4与电流环PI调节器输出的6轴电压结合弋进行Park逆变换和Clarke逆变换，获得三相电压给定值ua、ub和Uc ； 步骤03)对步骤02)中的三相电压给定值ua、ub和u。进行SPWM调制，得到六个驱动信号，所述六个驱动信号用于控制三相全桥逆变器，从而驱动面贴式永磁同步电机；步骤⑶检测面贴式永磁同步电机的两相电流、和iB，并进行电流闭环控制，具体还包括如下处理步骤(31)检测面贴式永磁同步电机的两相电流、和iB，将两相电流、和iB经过 Clarke逆变换得到实际两相静止坐标系α-β下的α轴电流ia和β轴电流ie ；步骤(32)利用估计的转子位置么将步骤(31)中得到的实际两相静止坐标系下的a 轴电流1和β轴电流ie进行Park坐标系变换，得到估计的同步旋转坐标系Jj下的J、q 轴电流&和‘，利用^轴电流&判断并得到永磁体磁极极性结果；步骤(33)将步骤(32)中得到的估计的同步旋转坐标系下的J、纟轴电流&和&进行低通滤波处理，得到‘和‘,分别将‘和&与给定的电流idref和相减，得到L和‘,并将 ‘和‘送入电流环PI调节器，进行电流闭环控制，其中，idref = 0，定义为速度环PI调节器输出值；步骤利用步骤(3)中得到的估计的同步旋转坐标系轴的电流^，设计出转子位置与转速的估计系统，具体还包括如下处理步骤Gl)构造出一种调制信号^(t)，将‘与。相减得到‘并利用锁相环技术锁定‘的相位，其中，gm(t)的幅值是1，相位与^中频率为《“言号的相位相同；步骤(42)将步骤(41)中的调制信号gm(t)与(相乘，得到信号8力)； 步骤对步骤0 中的信号^11 (O1进行低通滤波处理，得到转子位置与转速估计所需的输入量 ·(Δ θ)；步骤(5)进行误差补偿处理，得到最终估计的转子位置A，具体包括如下处理 步骤(51)将步骤中的得到的转子位置与转速估计所需的输入量f(A θ)经过一个增益放大器h后，得到估计转速6 ；步骤(52)将估计转速^与补偿系数k。相乘，并相乘后的结果与转子位置与转速估计所需的输入量θ)相加后共同作用于增益放大器1^ ；步骤(53)对估计转速^进行积分，结合步骤(32)中利用^轴电流&判断并得到的永磁体磁极极性结果，得到最终估计的转子位置焱；步骤出)用给定转速减去步骤(51)中得到的估计转速^后，送入速度环PI调节器，进行速度闭环控制。
全文摘要
本发明公开了一种面贴式永磁同步电机的低速无位置传感器控制方法，其中，包括一种估计系统中的调制信号的构造方法，以及一种位置估计误差的补偿方法，本发明所设计的面贴式永磁同步电机的低速无位置传感器控制方法从本质上解决了电机参数和注入信号频率的变化对估计系统稳定性的影响以及实现了估计位置对实际位置的准确跟踪，保证了系统的可靠运行。
文档编号H02P6/08GK102545740SQ20121000405
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者冯瑛, 刘颖, 周波, 赵承亮 申请人:南京航空航天大学