[发明专利]面贴式永磁同步电机的低速无位置传感器控制方法

说明书

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L_q＝L_d。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L_q＞L_d，称为电感饱和效应。据此，韩国学者Seung-Ki 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U_mhcos(ω_ht)，定子相绕组的高频感抗值ω_hL远大于电阻值R_s，即ω_hL□R_s，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ω_h远高于转子旋转角频率ω_e，即ω_h□ω_e，认为ω_e≈0，则忽略电压方程中的反电动势项ω_eψ_f，以及交叉耦合项ω_eL_q和ω_eL_d。得到如下电机的电压方程：

uduq=jωhLd00jωhLqidiq---(1)]]>

其中，u_d、u_q和i_d、i_q分别为直、交轴电压和电流。