[发明专利]基于无传感器的电机启动方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于无传感器的电机启动方法。  

背景技术

永磁电机在运行时需要检测转子的实际速度、位置来实现绕组的换向，因此需要具备转子速度、位置检测装置，而通常是采用传感器来对转子速度、位置进行检测。这样增加了系统的成本，在空调、洗衣机、电冰箱等电器产品中，由于空间和实际工况的限制，传感器安装不便，有些场合甚至不允许安装传感器，同时，由于传感器故障率较高，系统的可靠性会降低。

因此，永磁电机的控制中采用无传感器的控制方法已经成为主流的研究方向，无传感器控制的原理是检测电机的反电动势或其谐波来估计转子的速度、位置，这样，永磁电机在零速度或低速时，由于反电势较小，难以进行检测，永磁电机启动时需要采用特殊的方法进行启动。

常规的启动方法分为以下几个过程：

1、转子初始定位：向电机绕组通一直流电，使得转子定位在某个角度；

2、速度开环（电流闭环）控制：一边使用预定幅值的电流按照预定相序依次导通电子绕组，一边逐步提高换流频率，使电机加速到设定的转速（又称之为同步运转模式）；

3、速度开闭环切换到速度闭环（电流闭环）：当换流频率大于预定值，即有足够大的反电动势时，切换到速度闭环控制（又称为无传感器运转模式），完成永磁电机的启动。

速度开环控制中通过给定转子位置和速度，永磁电机先按设定的速度运行，由于是速度开环控制，那么转子位置估计值（转子的实际位置）与位置给定值（控制的位置）会有一定的偏差，偏差大小不定，视控制方式和工况决定。

速度开环控制直接向速度闭环控制进行切换时，由于转子位置估计值与切换前一时刻速度开环参与控制的转子位置给定值有一定的角度偏差，直接采用转子位置估计值进行速度闭环控制，将引起控制量出现跳变而不连续平滑变化（误差），最终导致控制效果突变、电流强烈振荡、电机强烈抖动等现象，严重时甚至会出现电机跑飞不转，最终使得控制失败。

为了解决上述问题，现有技术提出在速度开环中，在进行转子位置估计的同时，调节电流参考量Id、Iq使转子位置估计值接近速度开环控制的位置给定值，当位置估计值与速度开环控制的位置给定值误差在某个小范围内后再切至速度闭环控制。这样，又产生了新的问题，调节电流参考量Id、Iq，当负载过大时，可能会造成电机无法运行，直接造成启动失败。此方法需根据机型在启动时的负载特性反复进行调整，通用性很差。

 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中基于无传感器的控制永磁电机进行启动的不足，提供一种通用性强、适应范围广，即可实现平滑地从速度开环控制切换到速度闭环控制，又不受负载特性影响的基于无传感器的电机启动方法。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于无传感器的电机启动方法，电机启动过程采用速度开环控制，当电机加速到设定的转速时，切换到速度闭环控制，其特征在于：计算速度开环控制向速度闭环控制切换时刻速度开环控制转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，并以所述角度差与切换时刻转子位置估计值之和作为速度闭环控制开始时刻转子位置给定值，速度闭环控制中，逐步减小转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，直到转子位置给定值与转子位置估计值相等，采用转子位置估计值作为转子位置给定值对电机进行速度闭环控制，完成电机启动。

本发明中，通过电机负载折算速度开环控制过程中等效的负载电流IL，再根据速度开环控制中给定的电机三相电流幅值Is，计算速度开环控制向速度闭环控制切换时刻转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，该角度差为arccos(IL/Is)。

本发明中，速度闭环控制中，逐步减小转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，直到转子位置给定值与转子位置估计值相等的切换过渡过程中，采用多个相等的角度步长逐步减小转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，角度步长的施加频率与电机控制算法频率相同，转子位置给定值与转子位置估计的角度差为所述角度步长的整数倍。

本发明中，速度闭环控制中，逐步减小转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，直到转子位置给定值与转子位置估计值相等的切换过渡过程中，采取预定的切换过渡时长，并根据切换过渡时长内电机控制算法的次数计算角度步长，所述切换过渡时长为0.1－1秒。

本发明中，速度闭环控制中，逐步减小转子位置给定值与转子位置估计值的角度差，直到转子位置给定值与转子位置估计值相等的切换过渡过程中，采取预定的角度步长，所述角度步长为0.05－0.5度。