[发明专利]一种基于无位置传感器的永磁同步电机IF开环起动切入闭环的方法

说明书

本发明提供了一种基于无位置传感器的永磁同步电机IF开环起动切入闭环的方法，在预定位阶段，控制定子电流矢量的角速度不变，幅值以第一设定函数增至设定幅值；然后控制定子电流矢量的幅值不变且指令位置角以第二设定函数增加，直至定子电流矢量与转子位置同步；在I/F加速阶段，使定子电流矢量与转子磁链位置通过“转矩‑自平衡”特性保持同步跟随，直至达到速度闭环运行的最低转速；在闭环切入阶段，电机转速保持速度闭环运行的最低转速不变，逐渐降低定子电流矢量幅值，根据本发明的推导公式，通过判断E0xd,是否小于某一个设定阀值DltLmt，作为切入闭环的标识。通过本方法切换过程，速度以及电流基本无波动，提高了起动可靠性和平顺性。

技术领域

本发明涉及永磁同步电动机控制技术领域，特别是指一种基于无位置传感器的永磁同步电机IF开环起动切入闭环的方法。

背景技术

基于无位置传感器永磁同步电机的矢量控制技术的驱动系统，在家电领域应用广泛，尤其在空调压缩机产品中的应用。

目前无位置传感器的算法主要有两大类：一类通过利用电机凸极效应的高频信号注入来提取转子位置信号，一类通过利用电机反电动势来观测转子速度和位置信息。

高频注入这类算法对硬件和软件要求较高，适用范围有限。而基于反电势这类算法，通过电机模型进行简单计算就可以满足控制要求，但是在电机起动和低速运行过程，相电压或反电势较小，基于反电势观测的算法失效。

考虑到空调压缩机正常运行在中高速段，不会长时间运行在低速段，因此，需要设计一种基于无位置传感器永磁同步电机的空调压缩机起动的控制策略，通过I/F(恒流频)开环加速至闭环最低转速，然后根据本文提出的切换方法，使系统平稳过渡到基于反电势无位置传感器观测的闭环运行阶段。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括以下步骤：

S1、预定位阶段：电机定子电枢绕组中施加旋转电流矢量，使电机在电流闭环且速度开环模式下运行，定义开环电流矢量所在的同步坐标系为坐标系，以电机转子位置为基准的同步坐标系设为dq坐标系，两坐标系的相位差为θL；

S11：控制所述定子电流矢量的角速度保持低频旋转，且定子电流矢量的幅值以第一设定函数增至设定幅值，使转子绕组电流在电流环PI控制器调节下逐渐增加；

S12：控制所述定子电流矢量的幅值不变且所述指令位置角以第二设定函数增加，使转子低频匀速旋转，直至所述定子电流矢量与转子位置同步；

S2、I/F加速阶段：控制电机定子电流矢量以设定的角加速度旋转，使定子电流矢量与转子磁链位置通过“转矩-自平衡”特性保持同步跟随，电机转子在定子电流矢量的牵引下保持同步速旋转，直至达到速度闭环运行的最低转速，使假定坐标系位置估算器准确估算出坐标系与dq坐标系的夹角θL；

S3、闭环切入阶段：电机转速保持速度闭环运行的最低转速不变，逐渐降低定子电流矢量幅值，根据IPMSM在静止坐标系数学模型

其中：

由公式(1)推出：

公式(1)中：Rs为电机相电阻阻值；Ld，Lq分别为交直轴电感；

Wr电机电角速度；p为微分算子；

iα,iβ为α-β静止坐标系的电流；

Uα,Uβ为α-β静止坐标系的电压；

公式(2)中：ψf为永磁体的磁链；

S31：将静止坐标系E0x_α、E0x_β投影到虚拟的指令坐标系dq*下：