[发明专利]反电势基波提取的永磁同步电机无位置传感器控制系统

说明书

本发明公开电机控制领域中的反电势基波提取的永磁同步电机无位置传感器控制系统，滑模观测器的输入是电流指令值i_α,i_β和电压指令值u_α,u_β、输出是反电势观测值锁相环的输出是位置观测值和转速观测值所述的反电势观测值输入基波提取模块中，所述的转子位置观测值和转速观测值反馈输入到基波提取模块中，基波提取模块输出反电势基波分量反电势基波输入到锁相环；基波提取模块由2s/2r坐标变换模块、2r/2s坐标变换模块和两个低通滤波器组成；本发明采用基波提取模块提取反电势基波，通过正交锁相环获得电机转子位置和转速估计值，能随电机转速变化改变截止频率，有效提取反电势基波分量，有效抑制反电势估计值中多次谐波影响。

技术领域

本发明属于电机控制领域，具体涉及一种无位置传感器控制永磁同步电机的转子位置和转速的估计系统，特别适合于永磁同步电机中高速无位置传感器控制的应用场合。

背景技术

车用驱动电机作为混合动力汽车、电动汽车的关键执行部件之一，其驱动性能的优劣直接影响混合动力汽车、电动汽车的整车性能。目前车用驱动电机主要采用永磁同步电机，它具有高功率密度、高效率、低运行噪音等优点。为了实现永磁同步电机高性能控制，电机转子位置和转速信息检测是必不可少的。在电机控制系统中，采用传统的机械式传感器检测转子位置和转速信息，会导致传动系统电机体积增加、转动惯量增大、系统可靠性降低、成本增加，采用无位置传感器的控制方法成为目前电机控制领域的研究技术之一。

针对永磁同步电机无位置传感器转子位置和转速估计技术，目前主要有两大类方法，一类是采用高频信号注入法，针对零速和低速范围运行的电机，另一类是基于反电势基波模型法，适应于中、高速运行的电机。在零速和低速下反电势难以检测，主要采用高频信号注入法来获取转子位置和转速信息。高频信号注入法主要利用电机的凸极性获得转子位置和转速信息，有高频旋转电压注入法、高频旋转电流注入法和高频脉振电压注入法。中高速段通过反电势来计算电机转速和转子位置角，这一类方法主要有扰动观测器、滑模观测器、卡尔曼滤波器等。滑模观测器方法因易于实现、对参数变化不敏感、抗干扰能力强、动态性能好，因此被广泛采用。

在采用基波模型法的中高速范围无位置传感器永磁同步电机转子位置和转速估计技术中，因反电势估计误差的存在，影响了电机转子位置和转速计算的精度，恶化了无位置传感器永磁同步电机控制性能。反电势估计误差主要分为直流偏移误差和谐波误差。直流偏移误差是由于电机参数的不确定性引起的，可以通过参数辨识实时辨识控制系统所需要的电机参数，在一定程度上减小反电势估计误差，然而很难做到实时精确参数辨识。谐波误差是由于逆变器非线性和转子磁通空间谐波的影响，在两相静止坐标下的反电势估计值含有谐波，进而导致转子位置和转速估计值中产生谐波分量。逆变器非线性、不同的电机转子结构和励磁方式会导致不同的磁通空间谐波，例如实验采用的电机反电势估计值含有2、5、7、10、11等多次谐波。传统的方法是采用平均电压方法进行逆变器非线性补偿，采用电感精确建模方法消弱转子磁通空间指定的单次谐波影响。然而，在实际应用过程中，这些传统方法不能有效减小多次谐波，消除其影响。估计值直流偏移和谐波误差的存在，恶化了无位置传感器永磁同步电机控制性能。因此，对于无位置传感器永磁同步电机控制系统，减小多次谐波，消除谐波误差对转子位置和转速的影响，对提高电机转子位置和转速估计精度至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有模型法存在的观测反电势存在谐波，从而导致所获得的电机转子位置和转速估计值中含有多次谐波误差，影响转子位置和转速观测值精度的问题，提供一种采用反电势基波提取的永磁同步电机无位置传感器控制系统，采用变截止频率反电势基波提取滤波器提取反电势基波分量，用于估算转子位置和转速，从而提高转子位置和转速观测精度，同时系统保持较好动态性能。