[发明专利]一种永磁同步电机无传感器控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种永磁同步电机无传感器控制系统。

背景技术

永磁同步电机具有高动态性能、高功率密度、轻量化等特点，随着电力电子技术和微处 理器技术的发展，永磁同步电机得到广泛的应用。目前永磁同步电机的控制方法主要包括矢 量控制和直接转矩控制，矢量控制是通过将电机的定子电流从三相静止坐标系变换到以转子 磁链定向的同步旋转坐标系，实现励磁电流和转矩电流的解耦，获得与直流电机一样的动态 调速性能；直接转矩控制通过空间矢量的分析方法，在定子坐标系下直接实现磁链计算与转 矩控制，但其有着磁链和转矩脉动问题，故选择矢量控制来实现永磁同步电机的控制。

永磁同步电机控制系统，需要得到精确的转子位置和电机转速，来实现较高的控制特性， 目前主要通过在转子上安装机械式的传感器获取其信号，传感器的安装会增加电机控制系统 的成本，稳定性降低，还使其在振动、潮湿等恶劣环境下的应用受到限制。因此利用容易获 得的电机物理量来计算电机的转子位置和转速，取代机械传感器的无传感器算法得到广泛关 注。

目前永磁同步电机无位置传感器矢量控制方法主要有滑模观测器、扩展卡尔曼滤波器 等。滑模观测器虽然算法比较容易实现，对硬件要求不高，但存在抖振问题；扩展卡尔曼滤 波器对噪声有滤波作用，且有良好的抗干扰能力，但该算法实现复杂，对硬件性能要求较高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种永磁同步电机无传感器控制系统，该 系统采用基于Luenberger观测器的永磁同步电机无传感器矢量控制算法，在Simulink中搭 建仿真模型，验证该算法的优越性，并设计硬件系统进行实现验证。

其技术方案如下：

一种永磁同步电机无传感器控制系统，包括3个PI调节器(PI1、PI2、PI3)、逆park 变换、脉宽调制模块SVPWM、Clark变换、Park变换、Luenberger观测器、位置和转速估 计器。为了提高控制精度，采用速度环作为外环和电流环作为内环的双闭环控制系统。采用 容易测量的电压和电流来估计得到电机的反电动势e_α、e_β，利用转子位置和转速与反电动势 的关系，可计算得到双闭环控制系统电流内环所需要的转子位置信息θ和速度外环反馈信息 ω_r，控制系统采用3个PI调节器和电压空间矢量脉宽调制模块(SVPWM)来控制电机的运 行。

其中Park变换和逆Park变换所需要的转子位置信号θ和速度外环的速度反馈信号ω_r由 Luenberger观测器、位置和转速估计器计算得到，反馈的速度信号ω_r同设定的目标转速ω_ref作差，将差值送入PI1调节器进行调节，得到所需要的电流i_qref；电流内环的电流反馈信号 i_d、i_q由采集到的电流i_a、i_b(i_c通过i_a、i_b、i_c之间的相互关系计算得到)通过Clark变换和 Park变换得到，反馈电流i_d和i_q分别与参考电流i_dref和i_qref作差，将差值送入PI3和PI2调 节器进行调节，得到两相旋转坐标系下的电压V_dref和V_qref，进而通过逆Park变换得到两相 静止坐标系下的电压V_αref和V_βref，最后通过脉宽调制模块SVPWM输出六路PWM控制三 相逆变器的输出进而控制PMSM电机的运行。