[发明专利]无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法

权利要求书

1.无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，包括：

第一坐标变换单元，将永磁同步电机的三相电流转换成d轴电流和q轴电流；

高频响应信号分离单元，用以将所述d轴电流、q轴电流和高频注入电压信号结合，生成高频响应误差信号，所述高频响应误差信号e_rr为：

式中，L_dh和L_qh分别是d轴和q轴下的高频电感；为估计两相旋转坐标系下的q轴高频电流，V_in为注入的方波电压；

PLL速度观测器，利用所述高频响应误差信号得到电机转速估算值和位置估算值；

软切换无源转速电流调节器，根据所述d轴电流、q轴电流、电机给定转速信号、所述电机转速估算值得到d轴电压给定值和q轴电压给定值；

第二坐标变换单元，用以将d轴给定电压值和q轴给定电压值进行坐标变换，形成调制给定电压；

调制单元，对所述调制给定电压进行3D-SVPWM调制，获取占空比信号，将占空比信号送至驱动电路中生成驱动波形。

2.根据权利要求1所述无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统，其特征在于，所述软切换无源转速电流调节器为：

式中，u_dref和u_qref分别为d轴电压给定值和q轴电压给定值，L_d、L_q分别表示为电机在d、q轴上的电感分量；ω^*为电机转速估算值；p代表极对数，ω_m代表机械角速度，B是摩擦系数，R代表电机的定子绕组阻值，T_L代表负载转矩，ψ_f代表转子磁链，m_n是与电机的实际负载情况做调节的参数。

3.无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统的控制方法，其特征在于，通过权利要求1-2任意一项权利要求所述的无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统实现，包括如下步骤：

采集电机定子电流，并经第一坐标转换单元变换得到d-q坐标系下的电流信号i_d和i_q；

将所述电流信号i_d和i_q与高频注入电压信号进行线性运算，得到高频响应误差信号e_rr；

将所述高频响应误差信号e_rr输入PLL速度观测器中，计算得到电机转速估算值ω^*和位置估算值

将电机给定转速信号和所述电机转速估算值作偏差，将偏差信号传送至软切换无源转速电流调节器中，所述电流信号i_d和i_q经低通滤波后传送至软切换无源转速电流调节器中，得到d轴电压给定值和q轴电压给定值；

所述软切换无源转速电流调节器的构建方法包括如下步骤：

通过永磁同步电机的dq坐标系下数学模型获取哈密顿系统的能量函数为：

将所述哈密顿系统的能量函数H(x)变换成矩阵形式，并与端口受控耗散哈密顿标准模型对比，得到电机PCHD模型如下：

其中，

设定PMSM系统的状态误差信号e和软切换系数a、b，将所述状态误差信号和所述软切换系数代入电机PCHD模型中，得到系统软切换无源模型：

其中，

引入注入阻尼矩阵，得到软切换无源转速电流调节器：

所述阻尼矩阵为

将所述d轴电压给定值与所述高频注入电压信号叠加得到新的d轴电压给定值所述新的d轴电压给定值与q轴电压给定值通过第二坐标变换得到调制给定电压u_αref和u_βref；

对u_αref和u_βref进行3D-SVPWM调制，获取3D-SVPWM占空比信号，将3D-SVPWM占空比信号传输至驱动电路产生PWM驱动波形，传输至三相电压源型逆变器实现电机旋转和调速。

4.根据权利要求3所述无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统的控制方法，其特征在于，所述3D-SVPWM调制过程包括如下步骤：

建立了6个变量k₁、k₂、k₃、k₄、k₅和k₆，用0与1代表与之对应的平面分割的方向；

利用k₁到k₆建立指针变量N：

建立目标矢量与三个基础非零电压矢量和基础零矢量的关系如下所示：

U_ref、U_Xref分别为目标矢量以及目标矢量在静止坐标系各坐标轴下的分解值，X＝A,B,C；U_{dy_A}、U_{dy_B}、U_{dy_C}为目标矢量在静止坐标系下的分解值，y＝1,2,3；d₁,d₂,d₃则是合成扇区的基础矢量对应的占空比；

根据下式求得基础矢量对应的占空比：和到零矢量占空比d₀，d₀＝1-d₁-d₂-d₃。