[发明专利]基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法，该装置采用相应的控制方法，将采样到的定子线端电压与电流变换到选定旋转坐标系中对应的d轴电压、q轴电压和d轴电流、q轴电流，再对变换的d轴电流和q轴电流进行微分得到各自微分量；然后计算出永磁同步电机的d轴电动势，对d轴电动势进行比例‑积分后得到计算转速值，再分别经过低通滤波和积分得到转速估算值和角度估算值；最后，根据角度估算值对前面旋转变化的角度进行更新；本发明的方法能有效避免电机运行过程中参数变化对估算精度的影响，估算精度高，而且比较容易调试，工程实践简单。

技术领域

本发明涉及电力电子、电气传动和控制技术领域，具体将是一种基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法。

背景技术

永磁同步电机与电励磁电机相比不需要电励磁机构，结构简单、效率高；与直流电机相比不需要机械换向机构和电刷，可靠性高。因此在风力发电、电动汽车等很多领域有广泛的应用。为了降低成本和提高系统的可靠性，目前永磁同步电机通常采用无位置传感器控制。无位置传感器位置与转速估计算法需要通过检测电机定子电压、电流估算电机的转子位置与转速。估算得到的转子位置与转速的精度直接关系到整个控制系统的性能。

目前永磁同步电机的无位置传感器转子位置与转速估算方法主要包括基于卡尔曼滤波的方法和基于转子反电动势的方法两大类，但是均存在不同的技术缺陷：

1、基于卡尔曼滤波的方法需要进行大量的矩阵运算，计算过程复杂，在实际控制系统中实现起来有一定的困难。

2、基于反电动势的方法计算过程相对简单，计算量小。但是基于反电动势的方法对电机参数依耐性强，并且在低速时误差较大。

发明内容

为了克服现有的基于扩展卡尔曼滤波无速度传感器估算方法计算复杂和基于反电动势对电机参数依赖性强的问题，本发明提供一种基于目标电动势为零的无位置传感器永磁同步电机控制装置及转子位置和转速估算方法，该估算方法能有效避免电机运行过程中参数变化对估算精度的影响，估算精度高，电机控制装置比较容易调试，工程实践简单。

本发明的技术方案如下：

基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置，其特征在于：包括网侧整流单元、直流母线电容、三相全控桥主电路、电机滤波电抗器、电机控制系统、功率控制单元；网侧整流单元连接直流母线电容，直流母线电容连接三相全控桥主电路，三相全控桥主电路连接电机滤波电抗器，电机滤波电抗器连接永磁同步电机；电机控制系统分别与电机滤波电抗器、永磁同步电机、功率控制单元连接，电机控制系统并将控制脉冲和保护信号发送给功率控制单元，功率控制单元向三相全控桥主电路发送信号，三相全控桥接受功率控制单元的信号驱动永磁同步电机；

所述网侧整流单元通过吸收电网的电能控制建立直流母线电压；

所述直流母线电容用于支撑电压。

所述电机控制系统包括核心控制器、信号采集电路，用于控制算法的实现。

基于上述控制装置的控制方法，其特征在于步骤如下：

首先，将采样到的定子线端电压与电流变换到选定旋转坐标系中对应的d轴电压、q轴电压和d轴电流、q轴电流，再对选定旋转坐标系中变换得到的d轴电流和q轴电流进行微分得到各自微分量；

然后，将得到选定旋转坐标系下的六个电压电流分量后计算出永磁同步电机的目标电动势，对目标电动势进行比例-积分计算后得到计算转速值，计算转速值分别经过低通滤波和积分得到转速估算值和角度估算值；

最后，根据角度估算值对前面旋转变化的角度进行更新。

所述六个电压电流分量包括指d轴电压、q轴电压、d轴电流、q轴电流、d轴电流微分量、q轴电流微分量。