[发明专利]一种高精度永磁同步电机的无速度传感器估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电气传动与控制技术领域，具体将是一种永磁同步电机的无速度传感器估计方法。 

背景技术

永磁同步电机无需励磁机构，结构简单、能量密度高、性能可靠，近年来在风力发电、电动汽车、船舶驱动等领域得到了广泛的应用。目前永磁同步电机的控制通常采用无速度传感器控制方式。无速度传感器的控制系统省去了传统的速度传感器，从而具有更高的系统可靠性，以及更低的成本，同时还具有系统体积小、重量轻，了电机与控制器的连线简单的优点。无速度传感器的控制系统由于不安装速度传感器，因此需要检测电机的定子电流、电压，以便估计永磁同步电机的转子角度、转速。该角度和转速估计方法的精度直接决定了整个闭环控制系统的性能。 

而目前基于无速度传感器的永磁同步电机的转子角度、转速估计方法主要有基于扩展卡尔曼滤波的方法和基于电机反电动势的估计方法两类。 

其中基于扩展卡尔曼滤波方法的代表性专利和文献有： 

专利号申请号为201010508205.2，申请日2010-10-15，名称为“永磁同步电机的无传感器控制系统”的发明专利，其技术方案为：一种永磁同步电机的无传感器控制系统，包括磁链/电流状态观测器和反电动势测量模块，所述磁链/电流状态观测器为滑模观测器，所述滑模观测器采用滑模变结构控制，所述滑模观测器的坐标系为估计旋转坐标系，坐标系以的角速度旋转，并滞后坐标系的电角度；在所述控制参数计算模块中，计算转子位置误差。

再如文献：S. Bolognani, R. Oboe, and M. Zigliotto, “Sensorless full-digital PMSM drive with EKF estimation of speed and rotor position,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 46, no. 1, pp. 184–191, Feb. 1999. 

这类估计方法原理较为复杂，计算量较大，在实际工程应用中实现具有一定困难。

相比来说，基于电机反电动势的估计方法物理概念更为清晰，具有代表性的专利和文献有： 

专利号为200580004124.6，申请日为2005-1-14，名称为“用于永磁同步电机的无位置传感驱动器”的发明专利，其技术方案主要为：一种用于永磁同步电机的无位置传感驱动器，包括：驱动电路，可用于驱动永磁同步电机；以及控制模块，其接收来自所述永磁同步电机的电压和电流信息，确定所述永磁电机的转子位置，并在电机速度为零速、低速和高速时，根据所述转子位置产生控制所述驱动电路的控制信号。

专利号为200410078141.1，申请日为2004-9-17，名称为“无速度传感器永磁同步电机-空调压缩机系统的控制方法”的发明专利，其技术方案主要为：把无速度传感器矢量控制用于永磁同步电机-空调压缩机系统，克服了较大的转速脉动的缺点。同时，用转矩指令电流复合控制的方法更进一步减小了电机转速的脉动。它有效的克服了传统的矢量控制系统在PI调节器参数整定过程中出现的系统稳定性和响应速的的矛盾，提高了变频空调中永磁同步电机的控制性能。 

专利号为201110113834.X，申请日为2011-5-4，名称为“一种直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法”的发明专利，其技术方案为：控制方法通过公式 求出转子位置角，通过公式转子电角速度。 

胡书举, 许洪华，《直驱风电系统PMSG有无速度传感器控制的比较》，高电压技术. 35（12）. pp. 3129-3136. 2009。 

上述技术使用的基于电机反电动势的估计方法一般采用直接计算或者观测器方法对反电势进行估计，然后基于反电势估计值，采用锁相环对转子磁链进行定向来获取转子角度和转速。由于引入了锁相环，因此这类估计方法动态特性将会降低。当角度、转速估计模块和永磁同步电机的前向控制通道形成闭环后，位于反馈通道上的角度、转速估计模块的慢动态特性会使得整个系统的动态性能下降，甚至导致系统的不稳定。 

专利号201110441493.9，申请日为2011-12-26，名称为“一种基于无速度传感器的永磁同步电机的转子角度、转速估计方法” 的发明专利，能够在一定程度上解决上述问题，其技术方案主要为：基于静止坐标系对永磁同步电机转子进行角度、转速估计，从而避免传统估计方案中基于锁相环的转子磁链定向过程，进而提高估计方法的动态性能。但该方法由于包含静止坐标系下的高通滤波环节，在定子电压为脉宽调试波时估计精度不够高。 

发明内容