[发明专利]一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，该控制方法能够在降低传统高频注入法产生的噪音的同时提高高速永磁同步电机静止或运行于低速区的动态性能，并且能够保障电机在突加、减载等动态操作过程中稳定运行。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法。

背景技术

高速交流电机作为高速传动技术的动力源，在航空航天、飞轮储能、高精度数控机床及分布式能源等领域应用广泛。永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点，广泛应用于高速系统当中。但是由于高速电机的额定频率普遍在500Hz以上，而逆变器受器件散热能力限制因此其开关频率不能过高。高速电机控制方法需要满足逆变器开关频率与电机基波运行频率之比较低，即低载波比的运行条件。同时由于高速电机自身结构复杂等原因不适宜安装机械式编码器，因此研究满足低载波比条件下的无位置传感器控制方法能够推动高速永磁同步电机的应用。

零、低速区无位置传感器控制方法主要包括I/F算法和信号注入法。其中I/F控制算法的原理是通过向静止的电机中注入一个已知的电流产生磁场，吸引转子旋转至转子永磁体产生的磁场与已知磁场同方向从而获取转子位置。这种方法相对简单并且易于实现，但是在获取转子位置过程中电机会转动甚至可能会发生反转，不满足应用的精度，且由于该方法为开环方法，导致稳定性较差，因此在高精度控制领域多采用辅助信号注入法。而辅助信号注入法多采用电压信号，常见的注入电压形式有旋转电压信号和高频电压信号，但是这两种实现方法都需要使用多个滤波器，而滤波器通常会限制控制系统带宽，且实现较为困难，从而影响系统的动态性能。

同时在电机零、低速区控制时，高频信号的使用会带来尖锐刺耳的噪音，对操作人员产生严重影响。并且逆变器的非线性效应会影响转子位置的估算精度。然而在实际控制系统中，通常要求高速永磁同步电机能够带动微型燃气轮机或电动机启动及低速运行，电机在进入中、高速区之后再转为发电模式运行。这就要求高速永磁同步电机静止和运行于低速区时能够具有良好的动态性能，能够在加、减载过程中迅速响应及稳定运行。

因此有必要设计一种满足高速永磁同步电机零、低速区带载能力的同时兼顾其噪声小以及可以在线调节注入幅值的无位置传感器控制策略。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，该控制方法能够在降低传统高频注入法产生的噪音的同时提高高速永磁同步电机静止或运行于低速区的动态性能，并且能够保障电机在加减负载等动态操作过程中稳定运行。

根据本发明的第一方面，提供一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

步骤(1)：注入高频随机方波，

步骤(2)：检测三相定子电流i_A、i_B、i_C，

步骤(3)：进行载波分离运算，

步骤(4)：得到高频电流分量包络线，

步骤(5)：计算位置估计误差

步骤(6)：计算估计转子估计电角速度和估计转子位置

步骤(7)：通过选取合适的电流环带宽获取基波电流i_df、i_qf，

步骤(8)：计算旋转坐标系下定子q轴电流的给定值

步骤(9)：计算旋转坐标系下定子d、q轴电压的参考值

步骤(10)：驱动逆变器。

本发明中，所述随机方波包含两组频率不同，幅值不同的方波信号，