[发明专利]一种混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法

摘要

本发明公开了一种混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法，利用滑膜观测器估计混合励磁同步电机的转速和初始位置，总体控制思想基于直接转矩控制方法。根据转速判断电机运行区域，电机运行于低速区，采用id＝0控制，当负载转矩小于等于额定转矩时，无需增磁控制；当负载转矩大于额定转矩时，进行增磁控制。电机运行于高速区，采用弱磁控制，首先保持id＝0，利用励磁电流if进行弱磁；当励磁电流if达到额定值时，采用d轴电流id进行弱磁。混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制减小了成本的同时，提高了驱动系统的可靠性和转矩快速响应能力。

主权项

一种混合励磁同步电机无位置传感器直接转矩控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)三个霍尔电流传感器和两个电压传感器分别从电机主电路采集相电流ia、ib和励磁电流if，母线电压UDC和励磁电压Uf，将采集到的信号经电压跟随、滤波、偏置及过压保护信号调理后送入控制器；(2)将送入控制器的相电流ia、ib进行A/D转换，经过三相坐标系到两相静止坐标系的3/2变换得到两相静止坐标系下的α轴电流iα和β轴电流iβ；利用送入控制器的UDC和开关状态Sa、Sb、Sc，根据下式确定两相静止坐标系下的α轴电压uα和β轴电压uβ：uαuβ=UDC32-1-103-3SaSbSc]]>其中，Sa、Sb、Sc分别为逆变器三相桥臂a、b、c上下开关管的开关状态，上桥臂导通时值为1，下桥臂导通时，值为0；(3)利用步骤(2)得到的iα、iβ、uα、uβ，根据以下各公式分别计算实际电磁转矩估计值Te、实际定子磁链估计值ψs、定子磁链工作扇区估计值θi：ψs=(∫(uα-Rsiα)dt)2+(∫(uβ-Rsiβ)dt)2]]>Te=32p(ψαiβ-ψβiα)]]>θi=arctan(ψαψβ)]]>其中，ψα和ψβ分别为两相静止坐标系下的定子α轴磁链和β轴磁链，Rs为电枢绕组电阻，p为电机极对数；根据以下各公式分别计算实际转速估计值n和转子位置角估计值θe：θe=arctan(eαeβ)=arctan((K1sign(i‾α))(K1sign(i‾β)))]]>n=30pπωe=30pπdθedt=30pπdarctan(eαeβ)dt]]>其中，K1是固定的观测增益，为定子α轴观测误差电流，为定子β轴观测误差电流，分别为α轴与β轴观测电流，sign()为符号函数，eα、eβ分别为α轴与β轴反电势，ωe为电角速度；(4)用给定转速nref减去步骤3)估测到的转速n，将得到的转速偏差△n输入速度调节器后得到电磁转矩参考值Teref，将所述电磁转矩参考值Teref和估计转速n送入电流分配器，判断实际转速是否小于额定转速，如是，则电机运行于低速区，进入步骤5)，否则，电机运行于高速区，进入步骤6)；(5)判断负载转矩是否满足TL≤TN，确定定子磁链参考值ψsref和电磁转矩参考值Teref后进入步骤(7)，其中TL为负载转矩、TN为额定转矩，具体如下；当TL≤TN时，无需增磁控制，if＝0，采用id＝0控制，按照如下电流分配方案进行电流分配：idref=0iqref=2Teref3pψmifref=0]]>进而得到定子磁链参考值为ψsref=ψm2+(2LqTeref3pψm)2]]>当TL>TN时，q轴电流已达到额定值，需进行增磁控制，因此iq＝iqN，采用d轴电流id＝0控制，按照如下电流分配方案进行电流分配：idref=0ifref=2Teref-3pψmiqN3pMfiqNiqref=iqN]]>进而得到定子磁链参考值为：ψsref=(ψm+2Teref-3pψmiqN3piqN)2+(LqiqN)2]]>其中，idref、iqref分别为d轴与q轴电流参考值，iqN为q轴电流的额定值；ifref为励磁电流参考值；Ld、Lq分别为d轴与q轴电感，Mf为电枢与励磁绕组之间的互感；ψm为永磁体磁链；ψd、ψq分别d轴、q轴磁链；ψs为定子磁链，ψsref为定子磁链参考值；(6)首先判断给定转速是否小于弱磁基速nflux，如是，则保持d轴电流id＝0，采用励磁电流if弱磁，按照如下电流分配方案进行电流分配：iqref=2Terefωe3pψmωeNidref=0ifref=ψmMf(ωeNωe-1)]]>进而得到定子磁链参考值为：ψsref=(ψmωeNωe)2+(2LqTerefωe3pψmωeN)2]]>如给定转速达到弱磁基速nflux，则励磁电流if达到额定值，继续采用d轴电流id弱磁，按照如下电流分配方案进行电流分配：iqref=2Teref3p{ψm+(Ld-Lq)Ld[(ωeNωe-1)ψm+MfIrN]-MfIrN}ifref=-IfNidref=1Ld[(ωeNωe-1)ψm+MfIfN]]]>定子磁链参考值ψsref=(ψmωeNωe)2+(2LqTeref3p{ψm+(Ld-Lq)Ld[(ωeNωe-1)ψm+MfIfN]-MfIfN})2]]>其中，IfN为励磁电流额定值，ωeN为额定电角速度；(7)用所述定子磁链参考值ψsref减去步骤(3)中得到的实际定子磁链估计值ψs得到定子磁链偏差△ψs，用电磁转矩参考值Teref减去步骤(3)中的实际电磁转矩估计值Te得到电磁转矩偏差△Te，然后将△ψs送入滞环比较器得到转矩控制信号τ，将△Te送入滞环比较器得到磁链控制信号φ，三个控制信号τ、φ、θ经过开关表选取开关状态，驱动主功率变换器；同时将步骤(1)中采集的励磁电流if，经信号调理与A/D转换后，与步骤(5)或(6)得到的励磁电流参考值ifref一起送入直流励磁脉冲宽度调制模块，运算输出4路脉冲宽度调制信号来驱动励磁功率变换器。