[发明专利]一种隐极式永磁同步电机的无传感器矢量控制装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机运动控制技术，尤其涉及一种隐极式永磁同步电机的无传感器矢量控制装置及方法。

背景技术

鉴于无(位置)传感器控制技术的永磁同步电机矢量控制调速系统结构简单、易维护、体积小且不存在机械传感器给系统带来的局限性缺陷(如受工作环境限制、可靠性降低等)，所以适用于一些特殊场合，如纺织机械领域变频驱动，家-商用方面的空调、冰箱、洗衣机、电动旅游车、电动高尔夫车、电动巡逻车，工业方面的泵、风扇、矿机提升，机车方面的大功率牵引，军用方面的电动汽车空调，等等。目前，按照电机运行的适用范围，无传感器控制主要分2种技术：1)利用电动机的空间凸极效应，如专利文献1(专利号为200380109649.7)、文献2(专利号为200880017539.0)、文献3(专利号为200780025506.6)所示。该方法可应用于较宽速度范围，且低速时也可得到较好的估算结果，但具有高频噪声的问题，只适于内埋式电机；2)状态观测器法，如专利文献4(专利号为01133145.3)、文献5(专利号为201010508205.2)和文献6(专利号为201010235076.4)所示。该方法直接或间接地从电机反电动势中提取位置信息，具有良好动态性能，表面式和内埋式电机都适合，但在低速特别是零速时转子位置估算困难，目前的技术水平多适合于中高速场合(空调、冰箱等)变速运行。而随着应用对象(电动旅游车、电动高尔夫车、电动巡逻车等)的扩展和性能的提升，系统要求电机低速或极低速、甚至零速可靠运行或起动，针对隐极式永磁同步电机(Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)，研究一种适合于较低速场合的无传感器控制算法成为了关键。

专利文献5和6设计了一个传统的滑模观测器来估算转子位置信息，该方法经申请人大量实验发现其低速扩展领域有限，且在电机变速过程中存在转子角度误差时时变化的现象，就算是固定转速运行，时间长了之后性能也会改变，特别是施加负载的时候，无传感器控制基本失效，这些都在一定程度上限制了滑模观测器在PMSM上无传感器闭环控制的进一步应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的隐极式永磁同步电机的无传感器矢量控制装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种隐极式永磁同步电机的无传感器矢量控制装置；包括与永磁同步电机相连接的矢量控制装置，所述矢量控制装置包括第一减法器、速度环积分分离PI模块、第二减法器、第三减法器、电流环积分分离PI模块、锁相环转速估算模块、基于位置自调整电压矢量切换的无传感器闭环控制模块、PARK变换模块、IPARK变换模块、空间矢量调制模块、CLARK变换模块和整流/三相逆变器；所述永磁同步电机输出定子两相电流i_a、i_b到CLARK变换模块；所述CLARK变换模块将静止两相坐标系下的电流分量i_α、i_β分别输出到基于位置自调整电压矢量切换的无传感器闭环控制模块和IPARK变换模块；所述IPARK变换模块输出交轴电流i_q到第二减法器，输出直轴电流i_d到第三减法器；第一减法器将根据给定速度ω_ref和实际速度得出的误差值Ⅰ输出到速度环积分分离PI模块；速度环积分分离PI模块输出给定交轴电流i_qref到第二减法器；第二减法器将根据给定交轴电流i_qref和交轴电流i_q输出到电流环积分分离PI模块；第三减法器将根据给定直轴电流i_dref和直轴电流i_d得出的误差值Ⅲ输出到电流环积分分离PI模块；电流环积分分离PI模块输出交轴电压和直轴电压到基于位置自调整电压矢量切换的无传感器闭环控制模块；基于位置自调整电压矢量切换的无传感器闭环控制模块输出实际位置到锁相环转速估算模块和PARK变换模块，出实际直轴电压u_d和实际交轴电压u_q到PARK变换模块；PARK变换模块输出静止两相坐标系下的电压分量u_α、u_β到基于位置自调整电压矢量切换的无传感器闭环控制模块和空间矢量调制模块；空间矢量调制模块输出六路PWM信号到整流/三相逆变器，再通过整流/三相逆变器驱动永磁同步电机运行。