[发明专利]一种内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制装置，属于电机控制领 域。

背景技术

内置式永磁同步电机具有高效节能以及调速范围宽等优点，在电动车驱动、舰船推进、 数控系统及家用电器等领域得到了广泛应用。高性能永磁同步电机矢量控制需要转子位置 及转速信息，通常通过安装机械位置传感器来获取。然而，位置传感器的安装会带来系列 问题，例如系统成本增加、可靠性降低、尺寸增大以及抗干扰能力降低等问题。为了进一 步扩宽永磁同步电机控制系统的应用领域，多种通过测量电参数以获取转子位置和转速信 息的无机械传感器控制技术相继被提出。永磁同步电机无传感器控制技术主要分为低速的 高频信号注入法和中高速的反电动势模型法两类。在中高速运行时可以通过反电动势模型 对转子位置进行观测，然而低速运行时反电动势幅值太小，由于其信噪比过低而无法准确 地获取转子位置信息。可以利用永磁同步电机的凸极特性实现低速以及零速无传感器运 行。

在提取转子位置误差信号过程中，主要需考虑简单的信号处理方法、数字滤波器设计 方法以及逆变器非理想因素影响等问题。目前主要采用锁相环和观测器两种方式，观测器 结构及参数对观测精度和鲁棒性有较大的影响。然而，现有方法一般只考虑了稳态观测性 能，或者仅通过经验进行实验调试来确定参数，较少对观测器的抗负载扰动能力进行研究。 由于所提取的位置误差信号为三角函数周期信号，因此观测器存在多个稳定收敛点，无法 区分磁极的N极和S极位置，当负载转矩发生较大突变时经常会引起观测误差增大，易 使转子位置观测值由N极收敛到S极，从而引起磁场定向控制发生失调，最终导致转速 失控。因此转子位置观测器对无位置传感内置式永磁同步电机矢量控制系统的稳定性极为 重要。

发明内容

本发明目的是为了解决负载扰动过程中引起过大的位置观测误差，位置观测值收敛到 S极方向而引起系统失控，不能够有效地改善内置式永磁同步电机无位置传感器低速运行 控制性能的问题，提供了一种内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制装置。

本发明所述一种内置式永磁同步电机无位置传感器矢量控制装置，它包括转速控制器 单元、第一电流控制器单元、第二电流控制器单元、高频电压信号生成单元、直轴电压叠 加单元、坐标旋转反变换单元、功率变换器单元、低通滤波器单元、三相到两相坐标变换 单元、坐标旋转变换单元、高频电流信号处理单元、转子位置观测器单元、转速计算单元 和电流检测传感器，

转速给定指令信号A1与转速估计值B1经过转速控制器单元后，输出交轴转矩电流 给定值D1，所述交轴转矩电流给定值D1与交轴定子电流分量E1通过第一电流控制器单 元进行调节，输出交轴电压给定信号K1；

直轴电流给定指令G1与直轴定子电流分量F1通过第二电流控制器单元进行调节， 输出直轴电压控制信号J1；高频电压信号生成单元根据注入信号频率和幅值输出高频电 压信号H1，所述高频电压信号H1与所述直轴电压控制信号J1通过直轴电压叠加单元得 到最终直轴电压给定信号L1；

交轴电压给定信号K1和最终直轴电压给定信号L1经坐标旋转反变换单元调节后输 出静止坐标系下的定子电压给定信号N1，所述静止坐标系下的定子电压给定信号N1经 过功率变换器单元放大后驱动内置式永磁同步电机工作；

电流检测传感器对内置式永磁同步电机的定子电流进行检测得到电流采样信号O1， 通过低通滤波器单元对电流采样信号O1进行滤波后得到三相基频定子电流信号P1，所 述三相基频定子电流信号P1经过三相到两相坐标变换单元进行变换后得到两相静止坐标 系下的电流信号Q1，所述两相静止坐标系下的电流信号Q1再经过坐标旋转变换单元后， 得到两相旋转坐标系下的交轴定子电流分量E1和直轴定子电流分量F1，交轴定子电流分 量E1输入到第一电流控制器单元作为转矩电流反馈值，直轴定子电流分量F1输入到第 二电流控制器单元作为直轴电流反馈信号；

所述定子电流采样信号O1还经过高频电流信号处理单元调节后得到转子位置误差信 号R1，转子位置误差信号R1、交轴定子电流分量E1和直轴定子电流分量F1经过转子位 置观测器单元调节后得到转子磁极位置观测值C1，所述转子磁极位置观测值C1再经过 转速计算单元调节后得到转速估计值B1，转速估计值B1输入到转速控制器单元作为转 反馈信号；