[发明专利]一种永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法。该方法包括如下步骤：S1.基于永磁同步电机的电压方程建立优化函数；S2.通过拟牛顿迭代法对步骤S1中建立的优化函数进行求解得到电机转子的位置估计信息；S3.将步骤S2中得到的位置估计值作为锁相环的输入，经计算得到电机转子的速度估计值。经过计算，验证了本方法在电机全速范围内均为局部收敛，可以收敛在真值附近，因此本方法可以实现电机零速定位、启动、低速运行、高速运行等工况下的无位置传感器控制，且位置、速度估计精度高；本发明可以实现电机全速范围内的无位置传感器控制，精度较高，且无需在多种算法间切换，易于实现。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

目前高性能的电机控制，如矢量控制和直接转矩控制，都需要知道转子位置和转速的准确信息才能实现磁场的定向和转速的控制。牵引电机控制系统中，为了提高系统可靠性，使系统具有容错运行的能力，需要在电机运行的过程中估计转子的位置，与转子位置编码器的数据相比较，判断电机故障状态，并能够在编码器故障的情况下，继续驱动电机运转。因此永磁电机的无位置传感器控制技术是当前的研究热点。

根据转速范围不同，无位置传感器PMSM控制技术主要可以分为两类：

一类适用于中高速运行，利用转子产生的反电势或者磁链中包含的转子位置信息进行转子位置和速度的估计。常用的有卡尔曼滤波器法、模型自适应参考法、观测器以及基于人工智能理论的方法。

另一类方法适用于零速或低速阶段。在电机静止时，往往使用高频注入的方法，使转子达到某一转速后切换到第一类方法进行位置和速度估计。目前常用的是脉振高频电压注入法、旋转高频电压注入法，通过解耦高频电流响应获取转子的位置和速度信息。

将零速、低速控制方法与中高速控制方法相结合是目前实现电机在全速范围内控制常用的方法。但此方法在不同算法之间切换时易发生震荡，且两种算法相结合导致在编程时程序算法复杂，不易于实施且鲁棒性差。

因此，目前仍需研究新型的永磁同步电机全速范围内的无位置传感器控制方法。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，旨在克服现有技术的缺陷，能够使永磁同步电机在无位置传感器的情况下实现零速定位、启动、低速运行、高速运行，并且无需再多种控制算法间进行切换，降低了传统控制算法的复杂程度，提高了可行性以及鲁棒性。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，该方法包括如下步骤：

S1.基于永磁同步电机的电压方程建立优化函数；

S2.通过拟牛顿迭代法对步骤S1中建立的优化函数进行求解得到电机转子的位置估计信息；

S3.将步骤S2中得到的位置估计值作为锁相环的输入，经计算得到电机转子的速度估计值。

进一步地，步骤S1中所述的优化函数是基于永磁同步电机两相静止坐标系下的电压方程构建的。

进一步地，步骤S2中所述的拟牛顿迭代法迭代过程中，采用Armijo-Goldstein准则确定迭代步长进行迭代。

进一步地，所述控制方法在电机零速定位、启动时仍需在电机的d轴注入高频电压，在控制完成后，仍需在d轴注入正负脉冲对电机极性进行判断。

有益效果：

与现有技术相比，本发明具有以下有优点：

1.本发明的永磁同步电机全速范围内无位置传感器控制方法，避免了永磁同步电机在不同转速下运行时需要频繁切换控制算法的弊端，提高了控制系统的鲁棒性；