[发明专利]一种面贴式永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁电机控制领域，尤其涉及一种面贴式永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法。

背景技术

面贴式永磁同步电机具有功率密度高、效率高以及便于维护等优点，在电动汽车驱动、舰船推进等领域中得到广泛的应用。这些领域对电机驱动技术的动态性能具有较高的要求，希望能在最短的时间得到响应。与矢量控制相比，直接转矩控制具有转矩响应快、系统结构简单以及对参数变化鲁棒性强等优点。但传统直接转矩控制与矢量控制相比，其转矩和磁链的脉动较大并且逆变器的开关频率不恒定；由于SVPWM能够提供无限多的电压空间矢量资源，每个控制周期可发出多个电压空间矢量以达到精确补偿磁链误差和转矩误差的目的，因此可明显地降低转矩和磁链脉动。将SVPWM与直接转矩控制相结合构成的SVPWM直接转矩控制技术，不仅能从本质上改善电机的稳态性能，而且能保证良好的动态性能。实现该算法需要利用位置传感器来精确地检测出电机的位置和转速信号，这些位置传感器包括光电编码器、旋转变压器等。然而额外的位置传感器在使用时会带来一些问题，既增加了控制系统的成本，降低了系统的可靠性，又限制了永磁同步电机的使用场合。

为解决传统机械传感器给系统带来的问题，无位置传感器控制技术成为了电机控制领域的研究热点。目前，适用于永磁同步电机无位置传感器控制方法通常分为两类：一类是适用于中高速运行时的无位置传感器控制方法，包括基于电机反电势的估算方法、模型参考自适应法、扩展卡尔曼滤波器、滑模观测器等；另一类是适用于零速和低速的无位置传感器控制方法，包括基于电感变化的位置估算法和高频信号注入法。其中，滑模观测器具有算法简单、鲁棒性强等优点，是常用的无位置传感器控制方法之一，然而传统的滑模观测器无位置控制算法存在着系统抖振的问题，低通滤波器的使用带来相位延迟的问题，低速时转子位置估算不够精确的问题以及无法实现自启动等问题。因此，对于表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统，有必要提出一种新型滑模观测器无位置传感器控制方法，并结合适用于面贴式永磁同步电机零低速的脉振高频电压信号注入法，构成一种适用于面贴式永磁同步电机全速运行范围内的新型转子位置自检测的复合方法。

发明内容

针对上述现有技术，提出一种面贴式永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法，解决了传统的SVPWM直接转矩控制中电机运行于空载或突加重载时的直轴电流大的问题；改善了传统滑模观测器存在的抖振问题，并解决了传统滑模观测器中由于低通滤波器带来的相位延迟问题，同时提高了电机运行时转子位置的估算精度；另外，还解决了电机在零低速运行时转子位置估算不准确的问题，并且能够实现无位置传感器自启动功能。

本发明公开了一种面贴式永磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法，包括如下具体步骤：

步骤（1）：使用无位置传感器复合控制算法以估算转子位置当所述转速大于预设的临界转速时使用新型滑模观测器算法来估算，当所述转速小于所述预设的临界转速时采用脉振高频电压信号注入法来估算，这样通过传统的滞环切换方式来实现两种无位置传感器控制算法之间的切换；

步骤（2）：检测面贴式永磁同步电机的三相电流i_a、i_b和i_c，以实现转矩闭环控制，具体还包括如下处理：

步骤（21）：检测面贴式永磁同步电机的三相电流i_a、i_b和i_c，经低通滤波器滤波后，再经过Clarke变换得到αβ坐标系下的电流i_α、i_β，经过Park变换得到dq坐标系下的电流i_d、i_q；

步骤（22）：利用估算的所述转子位置并结合步骤（21）中得到的i_α和i_β，可计算出当前定子磁链幅值ψ_s、相位角ρ_s以及转矩T_e；

步骤（23）：将给定转矩T_e^*与步骤（22）中计算得到的T_e相减，经过PI调节器后得到转矩角差Δδ；

步骤（24）：计算定子磁链给定参考值ψ_sref，具体如下：

面贴式永磁同步电机定子磁链交直轴分量为：