[发明专利]一种基于反电势观测器的永磁电机无位置控制方法

说明书

本发明公开了一种基于反电势观测器的永磁电机无位置控制方法。通过改进观测器的结构，使观测器对反电势信号具有良好的选择性。反电势观测器对高频扰动与低频扰动都具有强鲁棒性。通过锁相环可以从观测到的反电势中得到位置角与速度信息，启动阶段采用I/F启动。基于反电势观测器的永磁电机无位置控制方法，避免了位置传感器的安装，降低了成本，提高了位置角与速度的估计精度，提高控制系统系统的鲁棒性。反电势观测器解决了传统的反电势观测器截止频率与相角延时的矛盾。对比传统的反电势观测器，可以更好的估计出需要的反电势基波分量。

技术领域

本发明涉及一种基于反电势观测器的永磁电机的无位置控制方法，适用于轨道交通、航空航天、电动汽车等位置传感器安装成本高或者无法安装的情况。

背景技术

永磁电机拥有效率高、结构简单和成本低的优点。在航空航天、风力发电、物流运输和电动汽车等领域，具有非常广阔的应用前景。在永磁电机驱动控制系统中，精准的位置与速度信息是必不可少的。但是位置传感器的安装提高了成本，增加了重量，降低了控制系统的可靠性。同时，在一些环境恶劣的场合也限制位置传感器的安装。采用无位置控制可以降低成本，减小系统的复杂度，提高可靠性。

电机的无位置控制方法主要可以分为两类。第一类是基于电机凸极率的高频信号注入法。但是传统的高频注入法存在着滤波器带来的延时影响，估计位置角建立的旋转坐标系不稳定和引入电流谐波等问题。第二类是基于反电势的模型法。反电势中包含位置角和速度信息，因此可以通过锁相环从反电势中提取位置角和速度。但是在低速时反电势较小，难以获得，因此模型法适用于中高速域。通过测量电机的电压与电流，直接计算得出反电势，这种开环方法简单直接。但是计算时需要对电流进行微分，会放大噪声，导致反电势信号中存在大量噪声，降低得到的位置角精度。因此滑模观测器、扰动观测器、和模型参考自适应方法等闭环估计策略被提出。这些方法通过对反电势进行闭环估计可以很好的滤除估计反电势中的高频噪声，提高位置角估计精度。

通常，传统的反电势观测器可以等效成一个低通滤波器，通过调节观测器参数，可以调整观测器的截止频率。对于位置角估计来说，反电势中的谐波成分越低越好，因此要求观测器的截止频率低。但是，截止频率降低后会带来较大的相角延时，难以补偿。同时，除了高频噪声外，用传感器测量相电压与相电流时，直流偏置一般是无法避免的。观测器输入电压与电流的直流偏置同样也会恶化反电势的估计，降低估计角的位置精度。通过改进观测器的结构，反电势观测器与带通滤波器有相同的传递函数。通过调节观测器的参数，使观测器对反电势信号具有良好的选择性。同时，在启动阶段采用I/F启动方法，当电机运行到中高速域时，切换到改进型反电势观测器法，实现永磁电机的无位置运行。

发明内容

本发明的目的是设计反电势观测器，用反电势观测器滤除反电势中的高频扰动与低频扰动。反电势观测器提高了位置角估计精度，避免了位置传感器安装带来的问题。

本发明采用的技术方案是：一种基于反电势观测器的永磁电机无位置控制方法步骤如下：

步骤1，通过A/D采样获得永磁电机三相电流i_a，i_b，i_c的值，送入位置估计模块，在该模块中再通过Clarke变换得到两相静止坐标系下的电流i_α和i_β，同时在该模块中通过直流母线电压与占空比S_α、S_b、S_c进行计算,再进行Clarke变换获得两相静止坐标系下的电压u_α和u_β；

步骤2，在位置估计模块中，将两相静止坐标系下的电流i_α和i_β以及两相静止坐标系下的电压u_α和u_β作为反电势观测器的输入，得到观测器的输出D_α、D_β，其中位置估计模块包括反电势观测器；