[发明专利]用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制装置

说明书

本发明提供一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其包括以下步骤：检测所述永磁式同步电机侧实际运行时产生的电枢三相电流；基于所述电枢三相电流和转子速度的估计值通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计；基于所述电枢三相电流和估计转子角速度采用改进的模型参考自适应系统对转子磁链和定子电阻进行不断地修正和估计；基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压；基于所述前馈定子电压来控制所述永磁式同步电机的逆变器的输出，以进行所述电机的转矩控制。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体说涉及用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制装置。

背景技术

永磁式同步电机PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM)的工作原理是，定子的三相绕组中通入三相对称电流，转子则由永磁体产生基本恒定的静止磁场。在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转。

在设计永磁式同步电机驱动系统PMSM时，系统的转矩变化率可按照线性曲线和非线性曲线进行控制。通常大多选择线性曲线，线性曲线一般是将转矩变化率设置为时间的函数，如图1所示。线性函数关系处理起来比较简单，但是系统加速性偏慢，很难满足系统在快速起步、快速加速和有效能量回馈。而非线性曲线的种类很多，但大多处理过程复杂计算量过大，系统响应特性较差。

由于永磁式同步电机PMSM的控制工况复杂，环境恶劣，当设定电流较大，且处于深度弱磁时，如果转矩变化率太快，很容易导致实际电流无法跟踪设定电流，使电流调节器迅速饱和，导致电流失控。一旦电流失控，电机及其控制器将有可能出现超速、过流、直流母线电压升高等故障。因此，永磁式同步电机PMSM的稳态控制一直是本领域研究的重点。

无速度传感器控制技术的发展始于常规带速度传感器的传动控制系统，解决问题的出发点是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。重要的方面是如何准确地获取转速的信息，且保持较高的控制精度，满足实时控制的要求。无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本；而另一方面，由于不使用检测元件，因此使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电机与控制器的连线，使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用广泛。

然而，在大多数基于反电动势的无传感器的控制中，同步电机的稳态模型只是作为参考。因此，在低速区里，当参数或负载条件有变化时，系统不能保持稳态。由于定子电阻和转子磁链随着温度的变动而变化，无传感器系统在低速运转时，需要防止磁的饱和与老化、保持系统的鲁棒性和精准地估算参数的值。

在定子前馈电压估计法中，针对永磁同步电机在旋转dq坐标系中的电压电流关系模型，在稳态时采用近似线性化方法，基于电机参数和电流给定值估计出用于前馈控制的定子电压。方程描述如下：

然而，定子前馈电压估计依赖于电机参数，在低速时系统对多个参数的变化非常敏感，因而容易引起振动。

还可以通过采用滑模观测器来对系统的参数进行状态估计。滑模观测器是指根据系统的外部变量(输入变量和输出变量)的实测值得出状态变量估计值的一类动态系统，也称为状态重构器。然而，采用滑模观测器的系统的扰动估计噪声比较大，在实际应用时需要增加额外的滤波器。

因此，目前需要提供一种在电机尤其是处于低速情况下用于驱动永磁同步电机的无传感器控制系统仍然具有很高的稳定性能的技术方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，所述方法包括以下步骤：