[发明专利]一种基于TNPC逆变器的永磁同步电机无传感器控制方法

说明书

一种基于TNPC逆变器的永磁同步电机无传感器控制方法属于高精度电机控制领域：传统的电机控制系统对电机控制精度较低，传感器增大电机转动惯量影响电机性能、两电平逆变器输出电压精度较低等缺点，不适合高精度工业领域。本发明在双闭环矢量控制系统基础上进行了改进，采用三电平的TNPC型逆变器代替传统两电平逆变器，减小了输出电流谐波、增大了输出功率，提高了对电机控制的精度，扩展卡尔曼滤波观测器取代了传统位置传感器，减少了电机的转动惯量和摩擦，提高了电机运行的稳定性，同时也提高了对转速的估计精度，增强了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于高精度永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种基于TNPC逆变器的永磁同步电机无传感器控制方法。

背景技术

高性能电机控制系统的研究是提升工业水平的关键技术。随着电力电子技术的发展，交流调速系统已经逐渐成为了主流调速系统，在很多的领域中甚至超越直流调速获得了更广泛的工业应用。这是因为相比直流电机，交流电机维护费用低，转矩质量比大，可靠性更高。

永磁同步电机具有高功率密度，优越的动态响应性能，由于转子使用永磁体励磁，使得永磁同步电机调速系统结构比异步感应电机简单得多，永磁体材料往往比金属材料密度小，这使得永磁同步电机的转动惯量更低，因此永磁同步电机特别适用于伺服系统中，尤其是对体积和质量有严格要求的航天或者电动汽车等领域，永磁同步电机得到了广泛的应用，如今在工业4.0的浪潮下，高精度工业领域如工业机器人、机械手臂、新型数控机床也是PMSM伺服系统大有可为的用武之地，可以说抓紧机遇埋头发展是我国当下科研和工业领域的主题。而上述工业领域的发展都离不开永磁同步电机伺服控制系统的发展。如何进一步提高永磁同步电机控制系统的控制精度，降低稳态误差，提升动态性能和调速性能、进一步提升系统效率和可靠性，降低成本已经是各国电气传动领域、自动控制领域、电力电子领域专家和学者提上日程的课题。

发明内容

本发明克服了传统高精度永磁同步电机控制系统的缺点，采用三电平的TNPC型逆变器代替传统两电平逆变器，减小了输出电流谐波、增大了输出功率，提高了对电机控制的精度，扩展卡尔曼滤波观测器(EKF)取代了传统位置传感器，减少了电机的转动惯量和摩擦，提高了电机运行的稳定性，同时也提高了对转速的估计精度，增强了系统的鲁棒性。

本发明的技术方案：一种基于TNPC型逆变器的的永磁同步电机无传感器控制方法，包括以下步骤：

步骤1、将测得的永磁同步电机的三相电流i_a、i_b、i_c和输入电压u_a、u_b、u_c，经CLARK变换得到两相静止坐标系下电流i_α、i_β和输入电压u_α、u_β，然后将i_α、i_β和u_α、u_β送到扩展卡尔曼滤波观测器中；

步骤2、根据给定电压u_α、u_β和电流i_α、i_β通过扩展卡尔曼滤波算法估算出电机此时刻转速ω_e；

步骤3、将估计得到的转速ω_e与给定转速相比较后得到的差值经过速度控制器得到q电流矢量参考值，将q电流矢量参考值与测得的q轴实际电流相比较，得到的差值再经过电流控制器1得到q轴电压矢量参考值；

步骤4、将测得的三相电流进行坐标变换后得到d轴电流，与给定电流值0相比较，得到的差值经过电流控制器得到d轴参考电压值；

步骤5、将d轴、q轴参考电压值送入空间电压矢量筛选模块中进行筛选，从TNPC逆变器的27种输出电压矢量选取最优的电压矢量输出对永磁同步电机进行控制；

步骤6、重复步骤1-5，直至永磁同步电机转速达到给定值。