[发明专利]基于虚拟电压注入的感应电机无速度传感器驱动控制方法

说明书

本发明公开了基于虚拟电压注入的感应电机无速度传感器驱动控制方法，首先在电机磁链和转速观测器中注入虚拟电压信号，使得电机磁链和和转速观测器的输入与电机的指令输入存在差异；其次以任一种电机磁链和转速观测器为基础对电机磁链旋转角度和电机转子转速进行估计，并以某种控制策略(如矢量控制)驱动感应电机正常运行；然后，依照本方法设计出的、仅注入在电机磁链和转速观测器中的信号，能够保证在感应电机无速度传感器控制系统驱动下的感应电机，在电机低同步转速以及电机零同步转速运行时输出150％的额定转矩，并长时间保持其稳定。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及基于虚拟电压注入的感应电机无速度传感器驱动控制方法。

背景技术

感应电机(Induction Motor，简称IM)依靠电磁感应作用使转子感应电流从而实现机电能量转换的一种交流电机，其实质上是一种异步电机(Asynchronous Motor)。

电机转速检测装置多采用速度传感器，这些速度传感器的安装增加了电机控制系统的成本，此外，速度传感器不适用于潮湿、震荡和电磁噪声干扰大等恶劣环境，因而限制了其应用范围。于是，无速度传感器技术，也就是如何通过已知的调速系统参数快速而准确地估算出电机的转速值，已成为当今研究的又一个热点。但无速度传感器驱动控制系统也存在缺陷：电机低速运行带载能力弱及低速发电不稳定性。

为保证感应电机无速度传感器驱动系统在电机同步转速为零或电机转子转速为零时能够长时间带载稳定运行，近年来人们做了很多研究，主要包括低频电流信号注入法、高频电流/电压信号注入法、检测零序电流谐波估算转子位置法等。但是上述方法要求感应电机具有明显的磁场异向性，并依赖电机设计，存在转矩波动、噪声等问题。尚无企业或研究机构能够在不对电机进行信号注入的情况下，实现感应电机无速度传感器驱动系统在零同步转速下的带载稳定运行。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决现有感应电机无速度传感器控制系统在低同步转速和零同步转速下的不稳定的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了基于虚拟电压注入的感应电机无速度传感器驱动控制方法，该方法基于现有的感应电机无速度传感器驱动系统，通过在αβ坐标系下电机的定子电压指令输入值u_sα、u_sβ和磁链观测器定子电压输入值之间增加一虚拟电压注入模块，或者，在dq坐标系下电机的定子电压指令输入值u_sd、u_sq和磁链观测器定子电压输入值之间增加一虚拟电压注入模块实现，该方法包括如下步骤：

S1.基于感应电机的参数计算k，k为虚拟电压注入模块中的比例关系；

S2.将αβ坐标系下电机的定子电压指令输入值u_sα、u_sβ分别乘以比例关系k，获得αβ坐标系下磁链观测器定子电压输入值或者，将dq坐标系下电机的定子电压指令输入值u_sd、u_sq分别乘以比例关系k，获得dq坐标系下磁链观测器定子电压输入值

该操作相当于在u_sα和u_sβ的基础上，注入了u_{sα_inj}和u_{sβ_inj}，其中使得满足

式中，u_{sα_inj}为α轴下的虚拟电压注入值，u_{sβ_inj}为β轴下的虚拟电压注入值；

或者，相当于在u_sd和u_sq的基础上，注入了u_{sd_inj}和u_{sq_inj}，其中使得满足

式中，u_{sd_inj}为d轴下的虚拟电压注入值，u_{sq_inj}为q轴下的虚拟电压注入值；