[发明专利]基于假定旋转坐标法的永磁同步电机启动控制方法

说明书

本发明公开了一种基于假定旋转坐标法的永磁同步电机启动控制方法，其优点在于考虑到电机刚启动，内部温度还没有变化，此时电机反电动势常数仍为设计值，在空载启动时电压矢量的幅值与电机的转速几乎成正比，利用这点来对假定旋转坐标法中的转速估计修正量限幅值进行调整，从而无需两种控制算法的切换过程就可在采用速度、电流双闭环的算法控制中实现永磁同步电机的无速度平滑启动；另外在启动过程中通过对励磁电流的控制，可以提高速度控制精度，改善系统性能，进而确保永磁同步电机在启动过程中相电流、转子位置无任何突变，使得转速无任何抖动。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其是涉及一种永磁同步电机启动控制过程的基于假定旋转坐标法的速度、电流双闭环控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、功率密度大、效率高、结构简单、噪音低以及动态响应快等优点，已经在电动汽车、空调压缩机、电梯、抽油机等领域获得了广泛的应用。通常情况下，永磁电机通过编码器反馈获得速度信号后进行闭环控制。然而在很多应用场合下，如风机、水泵、空调压缩机等，编码器不仅增加了安装、维护成本，也使驱动系统易受外界环境干扰，降低了系统的可靠性。为了提高运行效率，降低运营成本，增强在特殊工况下的可靠性，采用无位置传感器开环矢量控制方式的驱动系统是永磁电机控制技术发展的主流趋势。

目前，基于永磁同步电机的无速度控制算法研究主要集中在三大类：(1)基于电机本体特性的方法，如凸极效应；(2)基于电机反电动势的估算方法；(3)基于状态观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器的估算方法。利用反电动势的估算方法实现较为简单，有直接计算法和假定旋转坐标法等；由假定旋转坐标法进行转速估算的永磁同步电机矢量控制框图如图1所示，图1中转速估算部分是无传感器矢量控制系统的核心，它由两部分组成，第一部分是由电机反电动势计算而来，第二部分由自适应PI控制器输出，两部分相加获得电机同步转速的估计值，整个控制系统采用速度、电流双闭环的工作模式，其中速度环输出作为转矩电流的给定值，励磁电流给定值为零，两个电流环输出即为电压矢量值，经空间矢量发生器后获得三相全桥的驱动信号用于控制功率器件；这类方法在电动机高速运行时非常有效，而当电机低速或零速启动时由于反电动势太小会造成很大的误差，严重时无法正常旋转。而利用电机凸极效应估算转子位置的方法，如高频注入法，一般用于低速或零速启动，高速时由于注入的高频信号较高，很难用数字控制器来实现；另外这种算法原理上是利用电机交直轴电感的不对称来获得位置信号，因此依赖电机结构参数，不具备普适性。基于各种观测器的估测算法具有较好的鲁棒性，同时适用于高低速，但实时计算量大，对微处理器性能的依赖程度高，动态响应速度要差于前两者。

综上所述，虽然众多专家学者提出了大量的无传感器控制算法，但每种算法都存在一定的局限性。要在全速度范围内实现开环矢量控制需要结合两种或以上的控制策略，由此带来的问题是如何在算法之间实现平稳的切换。实际产品应用中，通常的做法是通过开环控制将电机拖动到一定速度后，再采用反电动势估计的方法获得速度和位置信号。但需要考虑的是在这两种控制方式切换时，如何实现平稳的转矩过渡，速度控制不能出现突变。本发明专利在全速范围内采用假定旋转坐标法，对其启动过程和低速区域内运行采用特殊化处理，省去了两种控制算法的切换问题，使得电机平滑启动，全程采用速度、电流双闭环的控制策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需控制算法的切换过程就可实现电机的平滑启动的基于假定旋转坐标法的永磁同步电机启动控制方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于假定旋转坐标法的永磁同步电机启动控制方法，具体包括以下步骤：

S1、参数初始化，设置控制参数初档切换速度ω₀、一档切换速度ω₁、二档切换速度ω₂、三档切换速度ω₃、启动速度ω_s0s*、停机速度ω_s0e*、自适应误差PI环输出限幅值A₀和预设励磁电流量i_sd0*及其与额定电流的比值k；