[发明专利]一种低成本环保的电机控制方法

摘要

本发明公开了一种低成本环保的电机控制方法，该控制方法采用电机的一套三相对称绕组通过滑模控制器、预测控制器和逆变器进行电动状态带动负载运行，其中通过注入高频信号实现了无需位置传感器便可简单易行地获得电机转子位置信号估计值，从而进一步降低了电机成本和减小了体积，同时因采用了滑模控制器增加了电机的自适应能力和抗扰动能力，因采用了预测控制器提高了系统的带宽和动态性能；此外，采用电机的另一套三相对称绕组通过电压PI调节器、PI调节器和变换器进行发电状态给供电对象稳定正常发电。本发明具有快速的动态响应能力、较强的自适应能力和抗扰动能力，能大大节省电机成本和体积，同时集电动与发电于一身，环保且可适用于恶劣环境。

主权项

一种低成本环保的电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)中注入高频信号Umcos(ωht)，其中下标h代表高频分量，Um为注入高频信号的幅值，ωh为注入高频信号的角频率，t为时间，通过霍尔传感器采集电机中进行电动状态的一套三相对称绕组电流ia、ib、ic，然后将其通过abc/dq变换器得到d‑q坐标系下实际高频电流响应值idh和iqh；(2)分别对得到的高频电流响应值idh、iqh通过低通滤波器LPF滤波后，得到d‑q坐标系下电机的实际电流值id1、iq1，对q轴高频电流响应值iqh经过信号处理器处理，得到电机的转子位置信号估计值和对位置信号求导得到的转子速度估计值其中q轴高频电流响应值iqh可表示为：iqh=2Umsin(ωht)(Ld-Lq)ωh[(Ld+Lq)2-(Ld-Lq)2]sin(2Δθ)]]>式中，Ld、Lq分别为电机的d轴和q轴电感值，Δθ为位置信号估计误差值，θ为位置信号实际值，当Δθ＝0时，即可得到这样就可以通过iqh进行信号处理，得到较准确的电机转子位置信号估计值供预测控制器和发电部分的PI调节器使用；(3)将给定的转速ωr*与反馈的速度送入滑模控制器进行处理，得到具有抗扰动能力和自适应能力强的给定电流iq1*，再将给定的d‑q轴电流iq1*以及id1*送入预测控制器，其中id1*＝0，同时将上一次输出的d‑q轴电压Ud1*(k‑1)、Uq1*(k‑1)以及上一次反馈回来的电流id1(k‑1)和iq1(k‑1)一同送入预测控制器，得到预测出的d‑q轴电压Ud1*(k)和Uq1*(k)，其预测表达式为：Ud1*(k)＝A1id1(k‑1)+A2id1*(k)+A3iq1(k‑1)+A4Ud1*(k‑1)Uq1*(k)＝B1iq1(k‑1)+B2iq1*(k)+B3id1(k‑1)+B4Uq1*(k‑1)其中，k为第k个控制周期，k‑1表示第k‑1个周期，即上一个周期，Ud1*(k)和Uq1*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d‑q轴电压，id1*(k)和iq1*(k)分别为第k个控制周期内给定的d‑q轴电流，A1、A2、A3、A4为Ud1*(k)的调节参数，B1、B2、B3、B4为Uq1*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；(4)将得到的预测出的d‑q轴电压Ud1*(k)和Uq1*(k)，通过电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)得到a、b、c三个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号送入逆变器中，同时通入直流电Udc1使逆变器的a、b、c三个桥臂输出相应的三相电流ia、ib、ic来控制电机跟随给定信号带动负载正常运行；(5)通过霍尔传感器采集电机中进行发电状态的一套三相对称绕组电流ix、iy、iz，然后将其通过xyz/dq变换器得到d‑q坐标系下实际电流值id2和iq2，通过电压检测器采集变换器端上的直流电压Udc2；(6)将给定的电压Udc2*与反馈的实际电压Udc2送入电压PI调节器进行处理，得到能使电压快速稳定控制的给定电流iq2*，将给定的d‑q轴电流iq2*以及id2*＝0送入PI调节器进行电流处理，同时将上一次反馈回来的电流id2和iq2一同送入PI调节器得到给定的d‑q轴电压Ud2*和Uq2*，然后经电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)得到x、y、z三个桥臂的功率管开通、关断的脉宽调制信号送入变换器中处理，从而使电机跟随给定信号给供电对象稳定正常发电。