[发明专利]一种无高频信号注入的永磁同步电机低速位置估计方法

说明书

一种无高频信号注入的永磁同步电机低速段无位置传感器控制方法，采用一种非对称空间矢量脉宽调制方法，通过3个互差120度电角度的有效电压矢量和1个零矢量合成目标矢量，使系统在低调制区甚至输出目标电压矢量为零时，3个有效矢量作用时间不为零且足够大，从而保证检测到有效电压矢量作用下的相电流变化；然后采用基于电感凸极性原理，分别计算3个有效电压矢量和1个零矢量下的电流变化量，并从这些包含位置信息的电流变化量中估计转子位置。本发明可以在无高频信号注入的情况下实现低速段无位置传感器控制。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，特别涉及一种永磁同步电机的低速段无位置传感器控制方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)以其效率高、功率密度大和调速范围宽等优点，在轨道交通、机器人、家用电机等领域得到广泛应用。PMSM无位置传感器控制因其省去了位置或速度传感器，使系统具有成本低、体积小、故障率低等优势，从而引起了专家学者和工业界的广泛关注。

常规永磁同步电机低速段无位置传感器控制需要注入高频信号，激励电机电感凸极特性，从高频电流中获得转子位置信息。但是，注入的高频信号会增加转矩脉动、增大电磁噪声、降低效率等，因此降低注入高频信号幅值或避免高频信号注入成为低速段无位置传感器控制的难点。现有的文献中，利用空间矢量脉宽调制(Space vector pulse widthmodulation,SVPWM)自身有效电压矢量，并计算该有效矢量下电流变化，从而获得转子位置。但是该方法任然存在局限性，在低调制区，有效矢量作用时间过短，无法检测电流变化。因此，需要对SVPWM进行移相，然而移相等效于注入了高频电压脉冲，依然存在高频信号注入方法自身的缺点。

发明内容

为了克服已有永磁同步电机无位置传感器控制方法的高频信号注入方法自身、控制品质较差的不足,本发明提供一种无高频信号注入的PMSM低速段无位置传感器控制方法，提高无位置传感器控制的品质。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无高频信号注入的永磁同步电机低速段无位置传感器控制方法，包括以下步骤：

1)非对称SVPWM调制，过程如下：

非对称SVPWM调制方法仅采用六个有效电压矢量(两电平电压型逆变器) 中的三个矢量和一个额外的零矢量对目标电压矢量进行调制，此时，目标电压矢量表示如下。

根据伏秒等效原理，得

式中，式(2)整理成矩阵形式，并解得

式中，由式(3)可知，对于已知u_α、u_β，和零矢量作用时间t₀，即可解得三个有效电压矢量作用时间；

当t₀≠0，将零矢量拆成两等分分别插入一个PWM周期的头和尾，则单周期含五段电平，即通过非对称SVPWM调制方式，可以实现零目标电压矢量，非零有效电压矢量输出，并且设置t₀满足最小电流采样时间，保证可以检测零矢量下的电流斜率，从而满足后续低速段位置估计算法的要求；

2)基于非对称SVPWM调制的低速段单周期位置估计，过程如下：

首先，建立dq坐标系下永磁同步电机数学模型为

式中，为d、q轴电压，L_d、L_q为d、q轴电感，ψ_pm为永磁体磁链幅值；