[发明专利]一种基于自适应滤波器同步电机低速段无传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于自适应滤波器同步电机低速段无传感器控制方法，具体是一种利用自适应带通滤波器提取高频电流信号，结合转速位置估计算法实现永磁同步电机低速段无传感器控制的方法，属于永磁同步电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机无传感器控制是指省去获取电机转子位置信息的机械传感器，而保留在转矩控制中同样需要的电流传感器，通过对包含转子位置信息的电气量的计算或观测，估计电机转子的转速和位置，从而实现电机电流和转速的闭环控制。在电机的中高速段，由于包含转子位置信息的反电动势项幅值相对较大、信噪比较高，因此可以不进行信号的注入，而是通过对电机正常运行时相关物理量的测量与观测估计出电机转子的转速和位置。常见的方法包括：扩展卡尔曼滤波器法、干扰观测器法、滑模观测器等。但是在电机的低速段，由于反电动势项幅值较小，信噪比较小，上述观测器方法的控制精度急剧降低。因此有必要通过在电机正常运行激励信号的基础上，叠加高频电压或电流信号。注入的高频信号在频段上与基频信号有较大的区分，电机的高频激励模型可以在很大程度上得到简化，可以看作是带感性负载的电压模型。通过对电机高频激励模型的分析，可以得到与电感值相对应的包含转子位置信息的物理量，并结合相应的信号处理算法完成对转子位置和转速的估计。基于高频注入的无传感器控制方法主要有旋转高频电压注入法和脉振高频电压注入法。

现有脉振高频电压注入法的估算流程如图2所示。该方法在估计的两相旋转坐标系的直轴上注入脉振的高频电压。理想情况下，估计的坐标系与实际坐标系完全重合，从电流解耦的角度出发，在直轴上注入的高频电压所产生的高频电流不会在交轴上有所贡献；反之，估计坐标系与实际坐标系有空间角度上的估计误差，则会在交轴上提取到高频电流信号。在利用带通滤波器提取出高频电流信号之后，结合相应的信号调制方法可以得到反应估计误差大小的高频电流信号的幅值，通过类PI调节器式的转速估计器得到转子转速与位置信息。这类高频注入法对高频电流信号的调制过程要求很高，低通滤波器截止频率的选取直接影响系统的控制精度和动态性能。同时，转速估计器的参数设计过程相对复杂，估计器性能受到电气参数值变化的影响较大。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于自适应滤波器同步电机低速段无传感器控制方法，本控制方法能够简化控制系统结构与参数设计过程，提高无传感器控制系统的动态性能。

为了实现上述目的，本基于自适应滤波器同步电机低速段无传感器控制方法包括以下具体步骤：

(a)高频电压信号注入：在估计的两相旋转坐标系的直轴上注入高频电压信号；

(b)高频电流信号提取：利用加入直流输入项的自适应带通滤波器提取出与注入高频电压频率对应的估计的两相旋转坐标系下的交直轴高频电流分量信号；

(c)高频电流矢量与直轴夹角的正弦值的计算：利用提取得到的交直轴高频电流分量信号结合三角函数关系计算得到估计的两相旋转坐标系下高频电流矢量与直轴夹角的正弦值；

(d)转速位置估计算法：利用求得的高频电流矢量与直轴夹角的正弦值结合锁相环估计算法计算出电机转速与转子位置。

进一步，所述步骤(b)中自适应带通滤波器的参考输入具有直流分量。用以增加滤波器的低频衰减。

进一步，所述步骤(d)中锁相环估计算法的输入量为交直轴高频电流分量结合三角函数关系计算得到的估计的两相旋转坐标系下高频电流矢量与直轴夹角的正弦值。

进一步，所述同步电机低速段无传感器控制方法采用的是具有空间物理凸极性的内嵌式永磁同步电机。

与现有技术相比，本发明的控制方法具有以下有益效果：

1、本发明的实施对象为采用矢量控制的内嵌式永磁同步电机驱动系统，所述无传感器控制方法替代传统的光电编码器和位置传感器，提供电机矢量控制所需的电机转子位置信号，和转速闭环控制所需的电机转子转速信号。为在电机低速段提取出与转子位置相关的电机凸极信息，采用脉振高频电压注入信号，即在估计的两相旋转坐标系的直轴上注入频率为1kHz的正弦高频电压信号。