[发明专利]带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法

说明书

带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法，涉及电机设备的技术领域。它分为两个部分：一部分是在静止坐标系下构造状态观测器，此观测器仅仅通过在靠近逆变器端采集电流信号，从而估算电机的角度和转速；另一部分是在传统的双闭环控制算法的基础上，加入对于滤波器硬件的控制。两部分共同实现了整个系统的无位置传感器控制。本发明不改变电机驱动系统的原有硬件设计，且实现方式简单，并提高了控制性能。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法，属于电机设备技术领域；

背景技术

目前，永磁同步电机通常使用三相逆变器控制，软件上则使用双闭环矢量控制算法。在深水或油井等极端环境中，逆变器与电机之间的电缆线会相应变长。当使用长线传输时，由于传输线之间的分布电容与电感的存在，PWM脉冲信号将会在电缆上产生电磁波。根据理论分析，当发生电压波的全反射时，入射波电压与反射波电压相叠加，电机端电压达到正常电压的2倍，这有可能破坏整个系统的绝缘性能，甚至烧毁电机。目前，解决反射效应的一般方法是在线缆靠近逆变器的一端装配三相LC滤波器，减缓脉冲信号的作用，从而抑制反射效应。然而，与普通电机驱动器不同的是，当系统中加入了LC滤波器以后，将出现如下问题：

1、由于逆变器与电机距离较远，电机位置传感器反馈信号的传输线也将相应变长，通信的干扰较大，因此可以考虑使用已有方法估算位置与转速。但是，目前流行的角度与转速估算方法大多基于电机的基本模型，而LC滤波器改变了系统固有模型，过去的方法单纯针对电机模型，因而不再适用于带LC滤波器的永磁同步电机系统。有方法是在靠近电机一端放置电流传感器，从而获知电机电流，然后再使用传统方法进行估算，但是此方法改变了原有的硬件设计方式，且增加了硬件成本，降低了系统可靠性。也有人提出了仅在靠近逆变器一端测量电流从而进行估算的方法，但算法形式较为复杂。

2、LC滤波器装配到逆变器与电机之间后，控制系统阶数升高，传统的电流环内环加速度环外环的双闭环控制方式将不再是最优选择，需要对滤波器进行控制算法的设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种只在靠近逆变器端采集电流信号，即不改变原有硬件设计的同时，能够在不使用位置传感器的情况下实时并方便地估算电机的角度和转速，且估算方法简单易实现，并对电机和滤波器组成的系统进行控制的带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：与权利要求相同，为便于审阅，暂略。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、不需要改变原有硬件设计方式，仅仅测量逆变器端电流，即可实现永磁同步电机的无位置传感器控制；

2、状态观测器的形式更为简洁，软件实现更为方便；

3、在速度环和电流环的基础上加入对LC滤波器进行滑模控制环节，提高了控制性能。

附图说明

图1为本发明的一种带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法的系统框图；

图2为本发明的一种带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法的状态观测器和锁相环(PLL)估算角度的仿真波形图；

图3为本发明的一种带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统及方法的速度响应仿真波形图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，一种带LC滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制系统，包括电流采集模块、Clark变换模块、Park变换模块、反Park变换模块、电机速度控制模块、电机电流控制模块、LC滤波器滑模控制模块、状态观测器模块、锁相环(PLL)模块、空间矢量脉宽调制模块、数字信号处理器(DSP)，三相逆变器、LC滤波器和表贴式永磁同步电机，