[发明专利]一种基于单相端电压检测的永磁同步电机无传感器调速控制方法

说明书

本发明公开了一种基于单相端电压检测的永磁同步电机无传感器调速控制方法，该控制方法只使用一路相位检测电路检测电机A相反电势过零信号的电平逻辑，得到A相相位状态，然后使用相位预测算法，以A相相位状态的上升沿为起始时刻，预测A相下降沿、B相和C相反电势过零时刻的上升沿、下降沿的相位和换相状态，由于只需检测A相反电势过零信号，因此可以简化相位检测电路，有效减少滑油泵控制系统的体积和重量；技术方案的相位预测算法具有电平防抖功能和相位延时补偿功能，最大延时补偿电角度达到45°，使得该控制方法下驱动器可驱动电机的电频率和转速范围得到提高，驱动器效率得到提升；控制方法在电机开环运行到闭环运行的切换过程中，使用转速方差统计方法自动判断切换时机，实现外同步开环到自同步转速闭环的可靠切换，提高了无位置传感器电机起动和调速运行的可靠性。

技术领域

本发明提出一种基于单相端电压检测的永磁同步电机无传感器调速控制方法，尤其适用于航空发动机滑油泵用永磁同步电机无位置传感器调速控制，属于电机控制技术领域。

背景技术

航空发动机是国家“两机”重大科技专项之一，而航空发动机综合控制系统中的滑油泵控制系统作为航空发动机的重要组成部分，采用数字电子控制装置在高温、振动等恶劣环境下实现了泵控制系统的高转速、高可靠、轻重量和小型化，保障了航空发动机正常运行时的滑油调节供给和运行环境条件。

传统的滑油泵控制系统采用无刷电机并搭配相应的驱动器进行控制，无论是梯形波永磁同步电机还是正弦波永磁同步电机，均需要在电机本体上安装位置传感器，以实现无刷电机六位置换相控制或磁场定向控制。但在发动机滑油泵150℃以上高温、强冲击振动的条件下，含有电子元器件的位置传感器如霍尔传感器、光电编码器必然失效，因此现有成熟方案一般是使用耐高温的旋转变压器作为位置传感器，但这增加了电机的体积和重量，也增加了制造和维护成本。因此研究一种简单可靠、小体积、低成本的无感驱动器及其控制方法具有重要意义。

鉴于滑油泵控制属于单转向速度控制，不需要在零速和低速运行，也不需要频繁、高动态地调速，因此可以采用无位置传感器的控制方式。目前在泵类调速应用中较为广泛的无传感器控制方法有反电势过零比较换相法、反电势观测器法、磁链观测器法等。反电势观测器法和磁链观测器法一般应用于正弦波永磁同步电机，先通过电压-频率(V-F)控制方法开环拉动电机到达一定转速，同时对相电流进行采样和坐标变换，使用观测器估计反电势或者磁链，从而估计电机转子位置和转速，实现速度闭环控制。这类无传感器控制方法在硬件电路上需要电流采样电路，在控制软件中需要三相-两相坐标变换和三角函数运算、递推算法迭代运算，算法复杂，占用微处理器的资源较多，且由于相电流容易受到电磁干扰和电机谐波等影响而产生畸变，导致转子位置估计误差增大，控制系统的效率和调速精度变差。反电势过零比较换相法一般需要对三相端电压进行分压、滤波，再使用电阻电容网络在硬件电路中搭建虚拟中性点，通过三相端电压与中性点电势的比较、整形获得三相反电势过零电平信号，微处理器使用数字量输入接口检测三路电平信号的上升沿和下降沿，经逻辑处理和延时处理得到电机六位置换相控制时序，同时使用频率计数法计算电机转速，实现电机六状态换相和转速闭环控制。这种控制方法在调速运行时先使用电压-频率(V-F)控制方法来实现电机预定位和开环外同步起动，当电机转速达到闭环要求的最低转速阈值时切换到自同步转速闭环运行，如果切换时转速波动较大，开环相位状态和闭环相位状态没有完全同步，那么电机将失步停机，即起动失败。