[发明专利]一种基于高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法。由于内嵌式永磁同步电机磁阻转矩的存在，在采用基于传统的高频脉振电压信号注入的无位置传感器算法时，将产生电磁转矩高频脉动，尤其在非id=0控制方法时，电磁转矩高频脉动更加明显。本发明在分配注入的d轴和q轴高频电压分量时，以电磁转矩高频脉动最小为原则，根据转矩公式得到最优高频电流角和最优高频电压角，选择最合适的高频电压注入方向；在解算转子位置估计值时，控制响应出的高频电流分量在最优高频电流角的正交位置处为0，使转子位置估计值误差为0，从而得到准确的转子位置估计值。本发明能有效减少高频信号注入带来的电磁转矩高频脉动，从而提高无位置传感器控制系统的性能。

技术领域

本发明属于电机驱动及控制领域，尤其涉及一种基于高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统。

背景技术

永磁同步电机的高性能调速控制，一般都需要位置传感器，比如旋转编码器、光电编码器等。安装位置传感器不仅成本高、体积大、机械可靠性低，还会带来安装时的同心度问题，采用高可靠性的无位置传感器控制算法是一种有效的解决方案。

永磁同步电机运行在零低速时，常采用基于电机凸极效应的高频电压信号注入算法，可以在不同的参考坐标系下注入不同形式的电压信号。近年来研究比较成熟的有高频正弦旋转电压信号注入法、高频正弦脉振电压信号注入法和高频脉振方波电压信号注入法，其中高频正弦旋转电压信号注入法会在q轴响应产生较大的高频电流，引起电磁转矩高频脉动，从而降低电机的控制性能，因此，此方法使用不多。后两种方法都是在估计的d轴(记作轴)注入高频信号，当电机位置估算准确时，这两种方法只在d轴上响应高频电流，对q轴电流影响较小。当被控对象是内嵌式永磁同步电机(IPMSM,Interior PermanentMagnet Synchronous Motor)时，由于IPMSM直轴电感和交轴电感不一致，将产生磁阻转矩，即d轴上的电流也提供转矩。因此，d轴响应的高频电流将产生高频电磁转矩脉动，降低系统的控制性能。这个问题在采用非i_d＝0控制方法时尤为明显。因此如何在IPMSM中，既充分利用直轴电感与交轴电感不等所产生的磁阻转矩，又能削弱高频电压信号注入算法引起的高频电磁转矩脉动，是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种基于高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种基于高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：

步骤一、根据d轴基频电流参考值和q轴基频电流参考值找到使电磁转矩高频脉动最小的高频电流分量与d轴之间的夹角，即最优高频电流角β_i；

步骤二、将所述步骤一得到的最优高频电流角β_i，带入电机高频电压方程，得到使电磁转矩高频脉动最小的高频电压分量在d轴和q轴上的投影和计算得到最优高频电压角β_u；

步骤三、根据电机α轴电流i_α和β轴电流i_β，以及所述步骤一所得最优高频电流角β_i和所述步骤四所得转子位置估计值使用外差法得到转子位置估计误差

步骤四、根据所述步骤三所得转子位置估计误差使用位置观测器得到转子位置估计值和转子角速度估计值在电流派克变换模块和电压派克逆变换模块用代替转子位置实际值θ_e，用代替转子角速度实际值ω_e，实现系统的无位置控制。

作为本发明的优选，所述步骤一中，永磁同步电机电磁转矩公式：