[发明专利]一种无位置传感器的永磁同步电机控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种无位置传感器的永磁同步电机控制方法及装置。该方法根据永磁同步电机在静止αβ坐标系下电压方程、实际定子电流和电压指令值获得估算定子电流；电压方程中反电势用积分项和次幂项表示，积分项为定子电流误差符号函数的积分，次幂项为定子电流误差的偶次幂和定子电流误差符号函数的积；根据估算定子电流以及实际定子电流获得两个轴估算反电势；将两个轴估算反电势比值的正切角作为估算转子角度和估算转子速度，根据估算角度、估算转子速度和速度指令进行矢量控制处理输出第r+1次电压指令值。本发明的方法提高估算精度的同时，不需要额外的低通滤波器和相位补偿模块，观测结果的抖动大大减少，算法实现简单。

技术领域

本发明属于永磁同步电机技术领域，更具体地，涉及一种无位置传感器的永磁同步电机控制方法及装置。

背景技术

近年来，永磁同步电机已经被广泛应用于交流调速传动领域。这是因为，与传统异步电机相比，永磁同步电机有着效率高、结构简单、体积小、重量轻、调速性能好、功率密度高等优点。

在高性能永磁同步电机驱动系统中，通常需要转子位置信息。转子位置信息一般通过光电编码器、旋转变压器或者霍尔器件等位置传感器获得。然而，位置传感器的使用会使得系统的可靠性下降，成本上升，体积增大，并限制了永磁同步电机的应用场合。因此，成本低、可靠性高的无位置控制成为了永磁同步电机调速领域中的研究热点。无位置传感器控制技术主要分为基于电机数学模型的方法和基于电机凸极性的方法。前者适用于中高速范围运行，后者适用于低速范围运行。基于电机数学模型的方法主要有模型参考自适应法、卡尔曼滤波器法、滑模观测器法等，基于电机凸极性的方法主要有高频注入法等。

然而，高频注入法只适用于凸极电机的低速范围运行，且需要注入高频信号，不仅实现困难，而且会增加电机的损耗，并恶化其控制性能。模型参考自适应法虽然实现简单，但是其对电机参数的精度要求比较高，在温度升高或者电机饱和时，无法保持较高的精度。卡尔曼滤波器法有较好的抗噪声能力，但是实现起来比较复杂，需要较多的计算资源和性能强大的芯片。而滑模观测器具有实现简单、鲁棒性强的特点。但传统的滑模观测器具有抖震的缺点。因此，消除抖震现象，并提出性能更好的无位置传感器控制方法具有很强的现实意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本发明提供了一种无位置传感器控制方法，其目的在于解决现有滑模观测器存在符号函数使得获得估算电流抖动大无法直接用于估算转子角度的技术问题。

作为本发明的一方面，本发明包括一种无位置传感器的永磁同步电机控制方法，包括：

S1对永磁同步电机在静止αβ坐标系下电压方程进行求解后获得永磁同步电机的第r次估算定子电流值；

所述静止αβ坐标系下电压方程包括定子电压项、定子电阻电压项、定子电感电压项和反电势项；反电势项用积分项和次幂项表示，积分项为符号函数的积分，次幂项为第r次定子电流误差偶次幂和符号函数的积，符号函数以第r次定子电流误差作为自变量；

S2根据第r次估算定子电流值、实测定子电流值以及静止αβ坐标系下电压方程获得α轴第r次估算反电势和β轴第r次估算反电势；

S3将α轴第r次估算反电势和β轴第r次估算反电势比值的正切角作为第r次估算转子角度，并根据第r次估算转子角度获得第r次估算转子转速；

S4对第r次估算转子角度、第r次估算转子转速以及转速指令值进行矢量控制处理输出第r+1次用于控制无位置传感器的永磁同步电机的电压指令；并令r＝r+1，进入步骤S1；

其中，r≥1，r为估算次序。

优选地，步骤S1中静止αβ坐标系下电压方程为：