[发明专利]一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法

说明书

本发明的一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法，包括以下步骤：步骤1：在两相静止坐标系下建立永磁同步电机基波数学模型及高频电压信号激励下的高频激励数学模型；步骤2：在两相静止坐标系下注入高频电压激励信号，根据高频激励数学模型进行采样，得到包含转子位置信息的电流项，进而得到转子位置的显示表达式；步骤3：将估计的转子位置送入转速控制器和电流控制器，构成转速‑电流双闭环控制结构，产生控制信号。本发明可克服传统转子位置估计方法的缺点，采用补偿矩阵方法，直接得到转子位置的解析表达式，消除现有技术因使用低通滤波器和带通滤波器存在的时间延迟问题，有效估计转子位置。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，涉及一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法。

背景技术

永磁同步电机调速系统具有动态响应快，过载能力强、稳定性好等优点，适用于多种负载的运行状态。永磁同步电动机转子采用永磁材料，其功率密度很高，体积与重量都很小，外形尺寸设计灵活，被广泛应用于国民生产生活的各个领域。电能是国民生产生活的主要二次能源，电机作为机电能量转换和电能消耗的主体，其应用涉及到冶金、矿山、电力、石油、化工、楼宇智能、市政、纺织、建材等多个方面。2013年，工业和信息化部出台《电机能效提升计划》，为电机控制系统性能提升给予政策保障和支持。

目前，绝大多数的永磁同步电机控制系统都需要获取转子实时位置信息，以进行速度闭环控制和旋转坐标变换，通常，转子位置信息由机械式位置传感器获得，如光电编码器、旋转变压器和霍尔元件等，这些机械式传感器给系统带来了如下问题：高精度传感器价格昂贵，系统成本增加，体积增大；信号在传送过程中易受外部电磁干扰，使系统稳定性降低；恶劣环境下，光电编码器可能无法使用，霍尔传感器易受温度影响，旋转变压器需要外部解调电路，这些因素使系统可靠性降低；传感器使转动惯量增大，系统动态性能受影响；位置传感器安装过程中存在同心度、角度偏移等问题，使系统精度降低；某些特殊场合无法安装和使用传感器。

为有效解决上述问题，切实提高永磁同步电机控制系统的控制品质，国内外学者尝试通过电机运行过程中能够直接得到的参量，如电压、电流等，对转子位置进行估计，以代替机械式传感器，彻底解决由传感造成的系统稳定性、可靠性以及精确性下降的问题，由此形成了永磁同步电机无传感器控制方法。

现有无传感器控制方法虽然能够很好地对转子位置进行估计，但都有一定的局限性：当永磁同步电机运行在零/低速范围内时，能够检测到的有用信号的信噪比非常低，甚至无法提取，但这些依赖基波数学模型方法的基本思想是反电势与电机转速成正比，而永磁同步电机零/低速运行时速度值很小，甚至可能为零，最终导致上述方法在零/低速时失效，无法对转子位置进行有效估计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术估计精度低、存在时间之后、动态响应速度慢等缺陷，提供一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法，通过数学分析推导和计算可以有效克服传统转子位置估计方法的缺点，采用补偿矩阵方法，直接得到转子位置的解析表达式，消除现有技术因使用低通滤波器和带通滤波器存在的时间延迟问题，有效估计转子位置。

本发明提供一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法，用于永磁同步电机无传感器控制系统中的电机转子位置估计，包括以下步骤：

步骤1：在两相静止坐标系(αβ坐标系)下建立永磁同步电机基波数学模型及高频电压信号激励下的高频激励数学模型；

步骤2：在两相静止坐标系(αβ坐标系)下注入高频电压激励信号，根据高频激励数学模型进行采样，可以得到包含转子位置信息的电流项，进而得到转子位置的显示表达式；

步骤3：将估计的转子位置送入转速控制器和电流控制器，构成转速-电流双闭环控制结构，产生控制信号。

在本发明的基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法中，所述步骤1具体包括：