[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

说明书

本发明提供一种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，属于电机控制领域；本发明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，将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；PLL速度观测器，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，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，形成调制给定电压；调制单元，对所述调制电压进行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；本发明具有功率密度大、运行可靠性高以及生产效率高的优点。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及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。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有功率密度高、体积小、效率和功率因数高等优点。近年来，随着永磁材料成本的降低，以及微处理器和功率器件的发展，PMSM传动系统广泛应用于工控、伺服、汽车，航空航天以及医疗器械等领域。在调速效果上，比永磁无刷电机和异步电动机调速范围更宽，精度更高。在控制策略上，目前矢量控制和直接转矩控制是比较成熟和主流的方法，基本可以使永磁同步电机调速系统的控制性能(稳定性、动态、静态特性)接近直流电机调速系统的性能指标。

永磁电机控制系统需要实时获取电机转子的位置或速度信息，一般都是在转子上放置高精度的机械式位置传感器，这种方式虽然得到了电机转子位置，却大大增加了系统支出。另外位置传感器受外界环境影响较大，当温度、湿度、粉尘、酸度等超过一定值时，会使位置传感器获取信号不准，可靠性降低。因此无位置传感永磁电机控制系统具有卓越的优势。目前，永磁电机无传感器控制策略主要分为两类，一类是通过获取电机本身运行时的电压电流基波信号，通过特定的算法对电机转速和位置信息进行估算。这类方法在电机低速或者零速阶段，由于电机本身的反电动势或者定子电流信号太过于薄弱，因此对于电机转速和位置信息检测精度难以保证。第二类方法高频信号注入法，这种方法的原理是在电机自身电压电流信号上叠加注入具有高频的电压或电流，利用电机的凸级性中蕴含的电机位置信息，把永磁电机的高频电流或电压响应信息进行信号处理和适当频率的滤波器滤波，最后经过误差跟踪算法得到转子位置的估计信号。由于注入的高频信号的响应是外部信号叠加到电机的定子上信号的响应，所以估计的位置信号与电机自身电压电流响应信号的强度无关，所以高频信号注入法可以在电机的零速或低速阶段实现电机位置的准确估计，具有非常明显的优势。

在控制策略上，目前永磁同步电机矢量控制是比较成熟和主流的方法，这种控制策略一般都是基于PID线性算法调节，对控制系统实现闭环调节，在调速效果上可以使永磁同步电机调速性能媲美直流电机。但是永磁同步电机的系统复杂性是非常高的，由数学模型的非线性程度于磁场和电流等变量耦合现象非常严重，因此PMSM的很高，为控制造成了巨大的麻烦。同时，PMSM系统在运行过程中很容易受到外界环境影响(如电机本体参数变化、负载频繁变化以及电网波动等)，并且多数情况下电机运行环境都是比较恶劣的工厂环境，仅仅通过基于PID线性算法调节的矢量控制系统，在永磁电机调速系统的稳定性以及鲁棒性上差强人意，因此，近些年来对于永磁电机调速系统非线性控制策略的研究一直处于十分热门的地位，对于永磁电机的非线性控制的理论和实验研究具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大功率、高效节能的永磁同步电机的无传感器控制系统和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，具有功率密度大、运行可靠性高以及生产效率高的优点。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供了一种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，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；