[发明专利]基于改进方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括：通过求取估算电流的二阶微分获取电机的转子位置信息；在基本的注入方波电压后的一个PWM周期内注入反向的电压矢量，其中基本的注入方波电压方式为每隔一个PWM周期注入一次电压；将三个PWM周期中后一周期与前一周期的电压方程做差、得到新电压方程；在估算的q轴电压中注入电压方波，从估算的d轴电流中求取电流的二阶微分、进而估算出电机的转子位置。该方法不需要用滤波器，使得控制系统的结构得到了简化，并且没有相位延迟，转子位置估算精度得到了提高；另外减小由逆变器电压误差、电机相电流测量误差带来的转子位置估算误差。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种基于改进方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法。

背景技术

当采用稀土材料的永磁同步电机被制作出来，永磁同步电机主要优势是高功率密度、可靠性高、结构简单。永磁同步电机的这些优势刚好满足电力推进船舶控制系统对推进电机的要求，即低转速大转矩，因此永磁同步电机逐渐成为船舶电力系统推进电机的首选。

与此同时，永磁同步电机的控制策略也被学者们研究和探索，不断提出永磁同步电机的新型控制策略。目前为止，主要采用矢量控制策略来控制永磁同步电机。由于矢量控制技术中用到了坐标变换，因此要实现矢量控制就需要知道精确的转子位置信息。

在传统的控制系统中，转子位置信息通常是通过在被控电机上安装编码器来直接测量，如光电编码器、旋转变压器、测速发电机等。虽然在电机上安装的位置传感器能够为电机的控制提供转子速度和位置信息，但是，位置传感器的应用也存在一些问题：增大了电机的体积、增加了系统维护和检修的成本；电机和控制系统的接线口增加使系统的抗干扰性能变差、可靠性降低；在湿度较高、震动强度较大的恶劣环境下，传感器的性能降低，可能会导致电机无法正常工作。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于改进方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法，该方法是以三个PWM周期为一个控制周期，第一个PWM周期不注入电压，第二个PWM周期注入正向电压，第三个PWM周期注入与正向电压大小相等的反向电压，然后利用电机的电压方程求取该控制周期内电流响应的二阶微分。电流的二阶微分中含有电机的转子位置信息，通过锁相环即可估算出电机的转子位置信息，从而用于电机的控制，具体方案包括：

通过求取估算电流的二阶微分获取电机的转子位置信息；

在基本的注入方波电压后的一个PWM周期内注入反向的电压矢量，其中基本的注入方波电压方式为每隔一个PWM周期注入一次电压；

将三个PWM周期中后一周期与前一周期的电压方程做差、得到新电压方程；

在估算的q轴电压中注入电压方波，从估算的d轴电流中求取电流的二阶微分、进而估算出电机的转子位置。

进一步的，所述新电压方程为：

其中，L₁、L₂分别为平均电感和半差电感，其中L₁＝(L_d+L_q)/2，L₂＝(L_d-L_q)/2，L_d、L_q分别为d、q轴电感，为电机的转子位置估算误差。

进一步的，根据电机的电压方程求解出电流的二阶微分：

其中，T_s为PWM开关周期，为估算的d轴电流的二阶微分。

进一步的，所述电流的二阶微分中含有电机的转子位置信息，将该信号通入锁相环即可估算出电机的转子位置信息。