[发明专利]基于永磁同步电机的无位置传感器空间矢量的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，特别是无位置传感器空间矢量控制策略。

背景技术

永磁同步电机是一种由永磁铁来励磁的交流同步电动机。其优点在于转子的旋转速度、电流频率及定子电压始终保持同步的关系，并且在运行的过程中，无论负载的转矩怎么样变化，始终保持n＝60f/p(n-电机转速、f-电源频率、p-磁极对数)。其相对于感应电机的优点是：用永磁铁代替主磁极铁芯和励磁绕组，使得电机结构简单，不存在励磁损耗，提高了电动机的工作效率；不需要电刷和滑环，大大提升使用寿命及工作可靠性。

空间矢量控制又叫磁场定向控制(Field Oriented Control，FOC)，其基本思想是通过坐标转换，在永磁同步电机上模拟直流电动机转矩控制的规律，在两相旋转坐标系下对励磁电流分量I_d(直轴电流)和转矩电流分量I_q(交轴电流)分别进行控制，然后通过PI积分比例运算，对控制系统进行线性调节，最终达到以直流电动机的原理和特性来控制电磁转矩的目的。空间矢量控制的关键是控制电流矢量的频率和相位，目的是改善转矩控制性能，实施途径是对定子电流的控制。I_d＝0控制相当于他励直流电动机，定子电流只有交轴分量，当定子电枢电流矢量与交轴方向相同时，当前转矩为永磁转矩且没有磁阻转矩，单位定子电流可以获得最大转矩。因此如果电压越大，且输出转矩即负载越小，则输出的最高转速越高。然而传统的FOC控制流程在实际应用过程中，如果调速过快，会使得PI模块无法及时响应，导致PWM波形输出超限，系统崩溃。

永磁同步电机的特点是用永磁铁代替绕线式同步电动机中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈，滑环和电刷。其定子与后者基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的，所以称为三相永磁同步电机。

根据转子极对数的不同，永磁同步电机分为单极和多极。如图1所示。当永磁同步电机的定子通入三相交流电I时，电枢电流在定子绕组电枢电阻上产生压降IR，由三相交流电I产生的旋转电枢磁动势Fa，及建立的电枢磁场，以方面切割定子绕组并在其中产生感应反电动势，另一方面以电磁力拖动转子以同步转速n旋转。此外还包括漏电动势，空载电动势等。分析永磁同步电机最常用的方法就是dq数学模型。不仅可以用于分析稳态运行性能，也可以用于分析瞬态性能。

用到的坐标变换：

1三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换。

在三相静止坐标系ABC和两相静止坐标系α，β之间的变换，

简称3/2变换。如图2所示：我们将变换公式写成矩阵形式为：