[发明专利]一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器

说明书

本发明提出了一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器，本发明在现有永磁同步电机矢量控制器的基础上，增加了直轴观测器、交轴观测器和权重更新选择器。在权重观测器中，直轴观测器和交轴观测器同时对转子位置进行估计，权重更新算法通过不断检测直轴电流和交轴电流的大小判断永磁同步电机运行在轻载还是重载条件下，并实时地调整权重系数，对两个观测器的输出转子估计位置进行加权处理，得到最终的转子估计位置，用于永磁电机无传感器控制。

技术领域

本发明涉及一种无传感器控制的永磁同步电机转子位置观测器，具体涉及一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器，属于电机控制领域。

背景技术

近几年来，晶闸管、IGBT等功率开关器件制造技术的取得很大突破，容量和频率得到提升。同时，针对交流电机调速策略的研究不断完善，交流调速系统逐步成为电力驱动领域的主流。永磁同步机具有高功率密度，高力矩惯量比，高功率因数以及调速性能好的优点，已经广泛应用于电梯，电动汽车，空调压缩机以及其它工业和家电领域。

目前矢量控制是永磁电机最常用的控制技术，但是需要电机转子位置信息进行解耦，而安装位置传感器不仅增加了成本，还降低了系统的可靠性，因此无传感器控制技术成为研究的热点。

在零低速领域，永磁同步电机最常用的无传感器控制技术为高频信号注入法，但是高频注入法额外增加了响应电流分量，并且具有较高的交变频率，会同时增大电机铁损和铜损。不仅如此，电机内部的高频电流还会带来电磁兼容和噪声的问题，这样的高频分量会对周围电磁设备产生干扰，严重时将会使得电磁设备出现故障，造成安全隐患。受到逆变器开关损耗的限制，注入信号频率一般在10kHz以内，位于人耳听觉范围内，将会产生尖锐刺耳的噪声，严重限制了其在某些工业场合以及家用变频电器领域的应用。因此，研究低噪音甚至无噪音的零低速永磁同步电机无传感器控制具有重要意义。当没有辅助信号注入时，永磁同步电机运行则不会产生噪音，因此，一种基于无辅助信号注入的永磁同步电机无传感器控制技术具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是为了消除现有基于高频信号注入法的永磁同步电机无传感器控制中存在的高频噪音，本发明提出了一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器。

本发明的一种无辅助信号注入的永磁同步电机转子位置权重观测器，所述观测器包括直轴观测器1、交轴观测器2和一个权重更新选择器3；

所述直轴观测器1，由于其观测器内部包含锁相环结构，因此其转子位置估计受电机参数影响小，但是其转子位置误差的系数中含有q轴电流分量，所以其适用于永磁同步电机运行在重载情况下的转子位置估计；永磁同步电机矢量控制器输出的α轴和β轴电流分别输入至直轴观测器1，用于估计转子位置；

所述交轴观测器2，在估计转子位置过程中，对电机参数以及q轴电流依赖大，因此其适用于永磁同步电机运行在空载或轻载情况下的转子位置估计；永磁同步电机矢量控制器输出的α轴和β轴电流分别输入至交轴观测器2，用于估计转子位置；

所述直轴观测器1和所述交轴观测器2将各自估计出的转子位置均输入到权重更新选择器3。同时，将d轴电流和q轴电流也输入到权重更新选择器3；

所述权重更新选择器3，根据输入的d轴电流和q轴电流的大小判断永磁同步电机运行在轻载还是重载条件下，并实时地调整权重系数，对直轴观测器1和交轴观测器2输入的转子估计位置进行加权处理，得到最终的转子估计位置和估计转速，用于无传感器控制。

进一步地，所述直轴观测器1包括一个直轴电流补偿单元、第一单周期滞后单元、第二单周期滞后单元、第一减法器、第二减法器、第一乘法器、第二乘法器、第一加法器、一个比例积分单元、第一积分单元、一个正弦函数计算单元、一个余弦函数计算单元和第一低通滤波器；

当采用“d轴定子电流给定值”的矢量控制方式时，所述直轴电流补偿单元可以省略；