[发明专利]一种带LC滤波器永磁同步电机无位置传感器控制系统

说明书

本发明公开了一种带LC滤波器永磁同步电机无位置传感器控制系统，所述PMSM系统包括电流采集模块、Clark变换模块、扩张状态观测器(ESO)模块、角度和速度计算器模块、反电动势计算模块、微控制器(MCU)、三相逆变器、LC滤波器和永磁同步电机(PMSM)。本发明提供了一种用于永磁同步电机的无传感器扩张状态观测器方法，能够在不使用位置传感器的情况下，估算装配了LC滤波器的永磁同步电机(PMSM)的角度和速度，从而实现其无传感器的控制；在不改变系统硬件的同时，使用扩张状态观测器解决了带LC滤波器的永磁同步电机的无传感器控制的问题。

技术领域

本发明属于电机设备技术领域，涉及一种带LC滤波器永磁同步电机无位置传感器控制系统，尤其涉及一种带LC滤波器的永磁同步电机系统及利用其进行基于扩张状态观测器(ESO)算法的电机角度与速度估算的方法。

背景技术

近年来，永磁同步电机(PMSM)因其高效率、功率密度小、易于闭环控制等优点而获得了极为广泛的应用。PMSM一般使用三相两电平逆变器进行驱动，主要驱动一般采用脉宽调制(PWM)技术。PWM方法会让逆变器中产生高频率的脉冲，而非正弦波，这会引起电缆上的绝缘压力和轴电流，它们可能导致电机系统寿命的减少。此外，电流谐波也有可能会引发额外的功率损耗和噪声。有多种方法可以缓解这些负面效应，最为常见的是在功率传输线上靠近逆变器的一端装配三相LC滤波器。由于电流检测是放置在逆变器电路板上，因此电机系统的电流检测变成了检测滤波器输入端电流，而不再是电机电流，二者的谐波含量和相位之间必然存在差异。目前，永磁同步电机的无传感器控制方法已经基本成熟。但是，由于PMSM的控制需要使用位置传感器(如编码器、旋转变压器等)，但是位置传感器可能减少系统可靠性并增加成本等，有些应用中也会考虑使用无位置传感器的控制方式，这时，电机的角度和速度则由电流及电压的计算得到。不过，如果要在装配LC滤波器的PMSM上使用无传感器控制方式(通过测量电流或电压估算电机角度和速度)，则会面临一个问题：无传感器估算方法大多基于电机系统模型，但是电机系统的模型已被滤波器所改变。最直接的解决办法是在电机端直接测量电机的电压和电流，但是这样会使硬件设计变得复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种带LC滤波器的永磁同步电机系统及利用其实现无位置传感器控制的方法，在不改变系统硬件的同时，使用扩张状态观测器解决了带LC滤波器的永磁同步电机的无传感器控制的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种带LC滤波器的PMSM系统，包括电流采集模块、Clark变换模块、扩张状态观测器(ESO)模块、角度和速度计算器模块、反电动势计算模块、微控制器(MCU)、三相逆变器、LC滤波器和永磁同步电机(PMSM)，其中：

所述的电流采集模块用于采集靠近逆变器端的A、B、C相电流信号i_ia、i_ib和i_ic；

所述的Clark变换模块用于将A、B、C三相电流信号变换为静止坐标系下的变量α轴电流i_iα和β轴电流i_iβ；

所述的ESO模块用于估算电机的状态变量和干扰变量；

所述的反电动势计算模块用于计算反电动势e_sα和e_sβ；

所述的角度和速度计算器用于估算电机的角度和速度；

所述的三相逆变器用于从硬件上控制滤波器和电机；

所述的MCU用于完成所有软件算法。

一种利用上述系统进行无位置传感器控制的方法，包括如下步骤：