[发明专利]基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法

说明书

本发明的基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法，向d^e轴注入高频方波信号，根据绕组中的高频响应电流与转子位置角θ_e的关系，经过PLL得到转子位置信息。本发明的方法，使得位置角周期变小，更新位置角的速度更快，有效矢量两端的电流变化呈现线性变化，这会使计算位置角时，模型更加精确，得到的位置角更加精确。本发明的方法算法简单，实现过程不需要滤波器，易于实现，可有效提高电机转子位置检测的准确性，能够准确检测出转子初始位置信息，提高了系统响应频率。当转速较高时，转子位置计算精度更高，提高了电机在无位置传感器运行情况下的速度范围，即拓宽了转速范围。突加较大负载时，转速波动更小，提高了系统的动态性能。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机的控制。特别是涉及一种适用于永磁同步电机正常运行在低速下的转子位置检测，以及低速范围内的无位置传感器控制的基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor，PMSM)由于无需励磁电流、体积轻便、运行效率和功率密度都很高，在工业领域尤其是数控机床、工业机器人、航空航天等领域得到越来越广泛的应用。位置传感器可以为永磁同步电机提供转子位置信号，但是其增加了系统体积，且易受环境影响，价格较高等缺点，给永磁同步电机控制方面的使用带来了不便之处。因此，无位置传感器控制其算法简单，可靠性高等优点成为近年来在永磁同步电机控制上成为了研究的热点。

在永磁同步电机无位置传感器控制的低速段，主要利用高频信号注入法检测转子位置，传统的方法受算法的影响，导致位置检测不够精确，从而转速范围和带载能力受到显著影响。

永磁同步电机无位置传感器控制，主要可以分为零速，低速和中高速三个阶段，在每个阶段所使用的方法也不相同。其中在零速和低速下，主要的方法是高频信号注入法，包括旋转信号和脉振信号，其基本原理都是通过注入高频信号后，得到高频响应电流，通过公式计算位置角。近年来，高频方波信号成为低速下无位置控制的流行方法，其有效省去了滤波器给系统带来的延迟影响，使得位置计算更加精确。当高频方波信号注入电机时，其电机的三相电流在零矢量和有效矢量作用时是非线性变化的，零矢量变化的范围较小，有效矢量变化范围较大，在一个控制周期内，电流的变化呈现非线性变化。而在传统的高频方波信号注入永磁同步电机中，在获得高频响应电流时，将其非线性变化的高频响应电流近似为线性变化，虽然能使电机正常运行，但是却使控制效果不佳。针对传统方法中存在的问题，对非线性变化部分进行精确处理，即针对电流发生非线性变化的区段进行过滤采样，采样电流只采线性变化部分，即只采有效矢量部分电流，实现更加精确的采样电流，使得计算出的转子位置角更加精确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种实现过程不需要滤波器，提高了系统响应频率的基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：

1)转速控制环，运行如下：将参考转速值和由转子位置计算单元得到的转速值ω_e相减，再通过转速环PI调节器获得参考电磁转矩值T_e，再由最大转矩电流比模块获得d^e、q^e轴两相旋转坐标下的参考电流和其中d^e、q^e轴是基于锁相环模块计算得到的转子位置角θ_e(电角度)而建立的两相旋转坐标系；

2)电流控制环3，运行如下：将最大转矩电流比模块2输出的参考电流和对应与基频定子电流模块12输出的基频定子电流i_df、i_qf作差，再通过电流环PI调节器得到d^e、q^e轴参考电压和