[发明专利]一种永磁同步电机无位置传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，属于电机控制领域。

背景技术

日渐增长的能量消耗要求在工业设备中应用更加高效的控制系统，电力电子和控制技术能有效提升目前大多数工业驱动系统效率。永磁同步电机因其高效率、高功率密度、高动态响应等一系列优点受到业内重视，因而逐渐在工业设备中得到广泛应用。对于一些需要长时间持续运转的装置，比如风机、泵、压缩机类负载，效率上若能有提升，将节省巨大能量。将永磁同步电机应用于这些场合，能显著提升能源利用率，节约能源。

永磁同步电机的控制方法主要有：1)矢量控制，包括电流矢量控制、磁场定向控制、直接转矩控制和磁链控制等，这些控制策略具有较高的动态性能，控制精度高，抗干扰能力较强。2)标量控制，包括常规的V/f控制、带有稳定修正环的V/f控制等，这类控制策略实施较为简单，鲁棒性强，但动态响应速度不高。过去十年里，无位置传感器控制得到了大力发展，主要在于省去位置传感器有助于降低成本，同时避免了信号干扰和高速状态下抖振所造成的传感器测量不准和失灵问题。相关研究集中在考虑成本的基础上提升性能和可靠性，提升控制精度和动态响应性。

将基于标量V/f控制的永磁同步电机无位置传感器驱动系统应用于风机类场合，是目前一种优质选择，主要在于这类负载对动态性能要求不高。众所周知，永磁同步电机转子上设计制造的阻尼绕组能确保转子速度与定子电频率保持同步。而出于设计和制造上的困难与成本，现有的大多数永磁同步电机转子上并未安装阻尼绕组，因而采用传统的开环V/f控制策略就无法保证电机的同步稳定运行。除此之外，对于风机、水泵、压缩机等应用场合，驱动系统的效率和出力能力是一大关注点，以往对于永磁同步电机无位置传感器控制研究大都还没有对其产生足够的关注，研究基于无位置传感器技术的V/f控制上实现类似电流矢量控制的效果，具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本申请提供的是一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，其中通过稳定环以及电压幅值修正环的具体结构及其设置方式进行研究和涉及，与现有产品相比更易于电机同步稳定运行以及矢量控制，同时具备一定的启动带载能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)：电角速度指令信号的给予，输入目标电角速度，以一定的上升或者下降斜率从原电角速度指令信号按一次函数关系变化到新的目标电角速度，其中，ω_e0^*定义为目标电角速度，ω_e定义为变化过程中的电角速度指令；

步骤(2)：电压合成矢量u_s^*和θ_v^*的确定；

步骤(3)：利用步骤(2)确定的电压合成矢量进行处理，用于驱动永磁同步电机；

步骤(4)：测量永磁同步电机两相定子电流i_A和i_B，进行转速稳定环和电压幅值修正环控制，最终完成对永磁同步电机无位置传感器的控制。

优选地，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

步骤(21)：将步骤(1)中得到的电角速度指令ω_e经过一个比例环节，比例系数为永磁链λ_m，输出得到转子反电势e_s；

步骤(22)：电压合成矢量幅值处理，具体包括：

步骤(221)：将步骤(21)得到的e_s、初始启动提升电压u₀和电压幅值修正环的输出电压量Δu进行相加，输出量为电压幅值u_s；

步骤(222)：将步骤(221)得到的电压幅值u_s进行限幅处理，限幅环节上限为其中，定义逆变桥输入的直流母线电压为U_dc，限幅环节下限为0，输出量为电压合成矢量幅值u_s^*；

步骤(23)：电压合成矢量角度处理，具体包括：

步骤(231)：将步骤(1)中所述的ω_e与转速稳定环的输出电角速度量Δω_e，通过一个减法器，输出电压矢量的电角速度值ω_e^*；