[发明专利]一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法

说明书

本发明公开了一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法，属于电机技术领域。本发明通过电压切换结构，自适应地调整磁链和转速观测器的输入电压幅值和相位，使得低速时磁链和转速观测器输入电压为虚拟电压，保证无速度传感器控制系统驱动下的异步电机在低速时的稳定可靠运行；高速时磁链和转速观测器输入电压与实际电压接近，保证无速度传感器控制系统驱动下的异步电机在中高转速运行时的转速控制精度；对电机的转速和电机磁链定向角度进行估计，并采用矢量控制法驱动异步电机正常运行，使得电机的实际磁链电流、实际转矩电流、电机估计转速分别与参考磁链电流、参考转矩电流和电机参考转速一致，实现了虚拟电压与实际参考电压的平滑切换。

技术领域

本发明属于电机技术领域，更具体地，涉及一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法。

背景技术

感应电机(包括单相、三相和多相感应电机)及其驱动变频器(包括低压、中压和高压变频器)作为装备制造业的重要组成部分，被广泛应用于国民经济的各行各业。感应电机可靠性高是其应用广泛的主要原因，因此在多数感应电机应用领域，都会摒弃价格昂贵、可靠性差的编码器、旋转变压器等速度传感器，采用无速度传感器驱动技术，所以研究一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法具有重要意义。

异步电机在零同步转速下的转子转速具有不可观测性。目前，在不对电机进行信号注入的情况下，无法实现感应电机无速度传感器驱动系统在零同步转速下的带载稳定运行。这个不稳定问题导致感应电机无速度传感器驱动系统至今无法应用在起重等具有重力负载或发电运行工况的工业领域，而在这些领域中当转速传感器长时间工作在震动、潮湿以及沙尘环境下，其故障率较高，生产效率受到影响。

常规的不采用虚拟电压注入技术的无速度传感器驱动技术，在中、高速情况下，能够满足转速控制精度以及带负载能力，但是当转速逐渐下降时，尤其是进入低速发电模式时，会不稳定。为了解决以上问题，现有的无速度传感器驱动的异步电机控制方法采用固定系数的虚拟电压注入技术在低速发电模式和零电流频率下能实现稳定控制，可以解决异步电机零频不可观问题，实现电机零频稳定；但由于注入虚拟电压之后，观测器输入电压与电机的实际电压不同，导致电机在中高转速时转子转速控制精度达不到期望要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法，其目的在于解决现有固定系数的虚拟电压注入技术存在的由于观测器输入电压与电机的实际电压不同，导致电机在中高转速时转子转速控制精度不足的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无速度传感器驱动的异步电机控制方法，包括：

S1.根据电机参考电压生成虚拟电压

S2.根据同步转速自适应地调节观测器输入电压的幅值和相位；

S2.1.通过电压闭环结构对电机参考电压与虚拟电压进行切换，输出中间电压

S2.2.根据同步转速，对中间电压进行相位补偿，使所得的观测器输入电压相位始终与电机参考电压保持一致；

S3.基于观测器输入电压估计电机转子转速，通过矢量控制实现电机控制，实现实际磁链电流实际转矩电流i_sq、电机估计转速分别与参考磁链电流参考转矩电流和电机参考转速一致。

进一步地，步骤S2.1具体为，通过如下公式得到中间电压

其中，u′_sα和u′_sβ为在静止坐标下α轴和β轴的分量，和为在静止坐标下α轴和β轴的分量，k_fp为电压闭环系数；和为在静止坐标系α轴和β轴下的分量。

进一步地，步骤S2.2具体为，通过以下公式对中间电压进行相位补偿：