[发明专利]一种基于高频脉振注入的无传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于高频脉振注入的永磁同步电机无传感器控制方法，本发明将现有传统高频注入方法中的锁相环观测器更换为龙贝格观测器，可以更好的对转子位置信息进行追踪，所得到的位置信息误差相较于传统锁相环也更小，本发明还将转子位置信息处理部分的低通滤波器使用二阶广义积分器代替，由于转子位置信息中包含大量高次谐波信号，会直接增大观测器的误差，利用二阶广义积分器更好的提取所需信号，进一步提高转子位置信息的精度。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机无位置传感器控制算法，属于永磁同步电机无传感器控制领域。

背景技术

永磁同步电机是一种由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，与异步电机相比较，永磁同步电机功率密度大、转动惯量小、能量转换效率高、维护费用低，广泛应用于新能源汽车、航空航天、数控机床等领域。传统的PMSM控制系统通常采用加装机械位置传感器来获取转子位置信息和瞬时转速。如光电编码器、旋转变压器和霍尔传感器等，然而在复杂环境下，机械传感器可能存在对环境要求较高、响应较慢、抗电磁干扰能力弱、以及老化等问题。因此无位置传感器驱动控制的研究对提高系统的可靠性具有非常重要的意义和价值。

目前，永磁同步电机无位置传感器运行方法主要分为基于电机反电势的方法和基于电机凸极性的方法。在中高速范围，通常采用基于电机反电势的方法，但是反电势与转速成正比，在低速和零速场合下无法适用。在零速和低速状况下，基于电机凸极性的信号激励方法能够较好地检测位置信息，主要包含脉振高频注入法和旋转高频注入法。相比旋转高频注入法，脉振高频注入法属于幅值解调方法，受延时影响小，位置估计精度高。但是脉振高频注入法在信号解调过程中，采用带通滤波器和低通滤波器提取转子位置信息。滤波器的使用增加了系统复杂性，同时限制了系统带宽，降低了稳定性和动态性。

该方法可以解决低速或零速时的电机参数辨识问题，由于该方法要求电机有一定的凸极效应，在内嵌式和插入式同步电机上可以直接实现，而针对表贴式同步电机这类凸极效应不明显的电机则比较难实现，需要通过改造电机内部结构或是通过饱和效应等方式来实现，并且该方法会引起较大的噪音和额外的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机无传感器控制方法，通过该方法解决内置式永磁同步电机在零低速领域下的闭环运行问题。

上述目的可以通过以下的技术方法实现，该算法包括如下步骤：

步骤1、在估计轴系中d轴注入高频电压信号：

步骤2、电流传感器采样得到定子绕组电流，并通过坐标变换变换到同步旋转坐标系中，得到d轴和q轴的定子电流：

其中Z_avg＝(Z_dh+Z_qh)/2为平均阻抗，Z_dif＝(Z_dh-Z_qh)/2为半差阻抗。

上式可以看出，d-q电流都包含转子位子的误差信息，由于d的电流由两部分组成，但是即使转子位置误差为0，d轴上的电流也不为0，所以在计算转子位置误差时选择q轴上的电流进行处理来获得转子位置估计的输入信号。

步骤3、将所得到的q轴电流进行幅值调制。

步骤4、使用二阶广义积分器滤除高次谐波分量，代替传统低通滤波器，提取所需的基波分量。

步骤5、将上述步骤所得到的高频电流信号接入龙贝格观测器，相较于传统锁相环观测器，龙贝格观测器可以更好的对转子位置信息进行提取，所得转子位置误差也更小，经过观测器提取位置信息可近似看成以下公式：

f(Δθ_e)＝k_err sin2Δθ_e

与现有技术比较，本发明的有效结果如下：