[发明专利]一种永磁同步电机无位置传感器控制转子位置角补偿方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无位置传感器控制角度补偿方法。建立基于αβ两相静止坐标系下的永磁同步电机电压模型，根据基于αβ两相静止坐标系下的永磁同步电机电压模型构建滑模观测器；利用αβ两相静止坐标系下的定子电流和定子电压输入到滑模观测器中迭代输出α、β轴电流误差开关信号，根据α、β轴电流误差开关信号获得观测α、β轴的反电动势的估计值，进而再处理获得转子位置角的估计值；构建估计的γδ旋转坐标系，在γδ旋转坐标系下处理对转子位置角的估计值进行补偿。本发明方法能有效解决电机处于高速区时估计角度误差导致的控制性能下降的问题，提高转子位置角估计精度。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机控制方法，特别是涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制转子位置角补偿方法。

背景技术

永磁同步电机具有功率密度高、结构简单，转动惯量小等特点，所以在航天航空、轨道交通、数控机床等领域都有着比较广泛的应用。

永磁同步电机安装位置传感器会增加电机系统的体积，而且在一些超高速永磁同步电机上难以使用机械式位置传感器，因此近年来永磁同步电机无位置传感器控制技术成为研究的热点。永磁同步电机无位置传感器控制方法仅需对电流、电压信号进行采样，通过相应算法就可以计算出转子位置和转速信息，但是在高速下载波比变低，电机由于多种因素导致估计的转子位置信息与实际转子位置信息之间存在相位误差，这对转子位置估计精度影响很大。

为了对电机进行精确地控制，需要对电机的转子位置进行实时获取，低速下最为精确的获取方式是采用位置传感器对位置信号进行采样，常用的位置传感器一般有光电编码器和旋转变压器。但是安装位置传感器会增加电机系统的体积，在有些应用场合的使用会受限制，并且在一些超高速永磁同步电机上，使用机械式位置传感器精度会明显下降，应景而生的就是无位置传感器方法。

无位置传感器技术在低速工况和中高速工况下分别使用不同的方法。以下仅对中高速工况下的方法进行分析。中高速下无位置传感器常用的方法是利用电机基波模型，使用观测器对电机反电动势或者磁链进行观测，从而获取转子位置信号和转速信号。但是在观测反电动势或者磁链的过程中一般都需要使用低通滤波器，低通滤波器的引入势必会带来一定的相位误差。尽管目前有些算法避免了低通滤波器的使用，但是在高速工况下，数字控制延迟，死区效应，逆变器非线性等因素也都会导致一定的电流、电压信号相位误差，这大大降低了无位置传感器方法的精确性，使用错误的位置信号也会导致电机性能下降。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种永磁同步电机无位置传感器控制转子位置角补偿方法。基于本发明方法所得的位置角可以实现永磁同步电机中高速段的无位置传感器控制。

如图3所示，本发明所采用的技术方案是：

步骤一，基于滑模观测器进行实时的转子位置角的估计：

首先，将采集到的abc三相定子电流i_a、i_b和i_c，i_a、i_b和i_c分别表示abc三相静止坐标系下a轴、b轴、c轴的定子电流，通过坐标变换由abc三相静止坐标系转化到αβ两相静止坐标系，从而得到αβ两相静止坐标系下的定子电流i_α和i_β，i_α、i_β分别表示αβ两相静止坐标系下α轴和β轴的定子电流；

具体表达式如下：

式中，M_abc/αβ为由abc三相静止坐标系到αβ两相静止坐标系的变换矩阵。

接着，建立基于αβ两相静止坐标系下的永磁同步电机电压模型，根据基于αβ两相静止坐标系下的永磁同步电机电压模型构建滑模观测器；