[发明专利]一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法

说明书

本发明公开一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，基于高频方波电压注入，通过注入一种高频方波电压信号，同时实现内置式永磁同步电机无位置传感器控制和最大转矩电流比控制，包括两方面内容：利用高频方波电压与高频响应电流存在的对应关系，检测出内置式永磁同步电机的凸极性，从而获得转子位置信息；将高频响应电流分解为与电流矢量角平行和与电流矢量角垂直两个分量；消除高频响应电流中与电流矢量角平行的分量，利用与电流矢量角垂直的分量产生的转矩波动，实现最大转矩电流比工作点的追踪。

技术领域

本发明属于内置式永磁同步电机控制领域，特别是涉及一种基于高频方波注入的用于无位置传感器内置式永磁同步电机的最大转矩电流比控制方法。

背景技术

由于具有较高的功率密度，内置式永磁同步电机已被广泛应用于电动汽车、家用电器、轨道交通等应用场合。

实现内置式永磁同步电机高性能控制需要获得准确的转子位置信息，在电机轴上安装机械式转子位置传感器是获得准确的转子位置信息的有效途径。常用的机械式转子位置传感器包括光电编码器、旋转变压器等。然而，机械式位置传感器的安装会增加电机系统成本，增大系统体积，同时在恶劣工况中，其可靠性不能得到保证。因此，为了降低电机系统成本，缩小系统体积，提高系统的可靠性，无位置传感器内置式永磁同步电机得到广泛应用。

近年来，为了实现内置式永磁同步电机无位置传感器控制，在中高速运行区间，一般采用基于电机基波模型的方式获取转子位置；而在低速运行区间，通过追踪电机凸极性，高频注入法已成为常用方法之一。其中，Y.D.Yoon和S.K.Sul等提出的高频方波电压注入法可通过向电机注入半开关频率的高频电压信号来获得转子位置信息，与传统的高频正弦电压注入法相比，可以提高注入信号的频率，无需设计解调环节的滤波器，具有动态性能好，噪声小等优势(IEEE Trans.Ind.Appl,vol.47,no.3,pp.1361-1370,2011年5/6月)。

为了充分利用内置式永磁同步电机的磁阻转矩，使其在特定转矩下铜耗最小，提高电机系统效率，最大转矩电流比控制是常用方法之一。但是由于电机运行时，电机参数随运行工况非线性变化，因此无法通过公式计算获得准确的最大转矩电流比工作点。最大转矩电流比工作点的获得方法通常包括离线查表法和在线追踪法两大类。离线查表法的实现需要进行大量的仿真和实验，获得电机在不同转速、转矩下的最大转矩电流比工作点。将这些数据制成表格存储于控制器中，电机运行时，通过查找表格中的数据获得准确的最大转矩电流比工作点。这类方法算法简单，但是前期需要进行大量的仿真和实验，可移植性低。在线追踪法可以在线获得准确的最大转矩电流比工作点，具有不依赖电机参数，可移植性好的优点。T.F.Sun和J.B.Wang等提出的虚拟高频信号注入法在电流矢量角垂直方向上注入高频信号，使电机电流矢量角发生周期性波动，进而求取转矩对电流矢量角的偏导数。通过控制这一偏导数等于0，即可实现内置式永磁同步电机工作在最大转矩电流比工作点(IEEE Trans.Power Electron,vol.30,no.9,pp.5036-5045,2015年9月)。

内置式永磁同步电机低速区的无位置传感器控制和基于高频信号注入的最大转矩电流比控制都需向电机注入额外的高频信号，而已有的研究通过向电机注入不同形式的高频信号分别实现了无位置传感器控制和最大转矩电流比控制。但是在同时实现这两种控制方式时，各自注入的不同的信号会互相干扰，并进一步增加转矩波动和电机损耗。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于高频方波注入的用于无位置传感器内置式永磁同步电机的最大转矩电流比控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法，基于高频方波电压注入，通过对内置式永磁同步电机注入一种高频方波电压信号，同时实现内置式永磁同步电机无位置传感器控制和最大转矩电流比控制，包括以下两部分：