[发明专利]一种双三相永磁电机无位置传感器直接转矩控制方法

说明书

本发明公开了一种双三相永磁电机无位置传感器直接转矩控制方法。该方法基于两相静止坐标系下的磁链方程，设计了新型磁链观测器来估计定子磁链和转子磁链。利用定子磁链计算定子磁链幅值和电磁转矩，再结合四维电压空间矢量调制策略，构建基于四维电压空间矢量调制的直接转矩控制系统；同时，根据转子磁链中包含的转子位置信息，利用归一化的锁相环位置观测器来估计电机转子位置角和转速，最终将电机位置信息加入到直接转矩控制系统中。新型磁链观测器具有较强的抗干扰能力，能有效抑制直流偏置、高频噪声、积分器初始值对磁链观测的影响。该方法能有效地降低双三相永磁电机的低阶次谐波电流，实现无位置传感器下电机直接转矩控制。

技术领域

本发明属于永磁同步电机驱动控制应用领域，尤其是涉及一种双三相永磁电机无位置传感器直接转矩控制方法。

背景技术

多相永磁电机不仅具有高效率、高功率密度等优点，而且还在低压大功率驱动、容错控制、复杂控制等方面兼具优势。相对于传统的六相永磁电机，双三相永磁电机具有互差30度的两套三相绕组，在内部消除了5、7次谐波磁势，将转矩脉动的最低阶次数提高至12次，因此其在抑制转矩脉动上具有更大的优势。直接转矩控制由于其结构简单、转矩响应速度快等优点在电机驱动控制领域受到了越来越多的关注。但是，传统的直接转矩控制存在开关频率不固定、转矩脉动大等问题，基于空间矢量调制的直接转矩控制能有效解决这一问题。一般来说，直接转矩控制中定子磁链主要由电压法和电流法计算得到。电压法中含有纯积分器，因此易受到输入信号直流偏置的影响。而采用电流法计算定子磁链也会存在参数敏感、鲁棒性差等问题。因此，如何获得准确的定子磁链对于直接转矩控制至关重要。此外，直接转矩控制还需要位置传感器来提供转速和位置信息。但机械式位置传感器不可避免的会带来系统成本、安装、维护等一系列问题，同时在高温、高湿等恶劣情况下工作可靠性会降低。因此，研究双三相永磁电机无位置传感器直接转矩控制，提高转矩输出性能具有重要意义。

国内外学者对无位置传感器直接转矩控制方法的研究已经取得了一定的成果。中国发明专利《一种永磁同步电机无位置传感器直接转矩方法》(专利号：202010908811.7)公开了一种永磁同步电机直接转矩控制方法，采用滑模控制器来调节转矩和磁链的变化值，并利用龙贝格观测器来获得反电势并估计电机转子位置。但该方法中定子磁链直接由电压法求取，容易受到输入信号中直流偏置的影响。中国发明专利《一种面贴式永磁同步电机无位置传感器直接转矩方法》(专利号：201310369424.0)公开了一种面贴式永磁同步电机无位置传感器直接转矩方法，其采用磁链自适应法和SVPWM来实现直接转矩控制，滑模观测器来估算转子位置和转速。但该方法依然会存在滑模观测器固有的抖振问题。而如何来获得精确的磁链信息和位置信息，并将两者结合起来，实现无位置传感器下双三相永磁电机直接转矩控制运行是本发明主要考虑的因素。

发明内容

发明目的：为了提高双三相永磁电机转矩输出性能，采用了直接转矩控制方式。传统直接转矩控制需要转速信息的参与，但机械式位置传感器面临成本高、恶劣环境可靠性差、安装难度高等问题，因此提出一种双三相永磁电机无位置传感器直接转矩控制方法，保证系统无位置传感器下的双三相永磁电机转矩控制性能。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种双三相永磁电机无位置传感器直接转矩控制方法，实施步骤包括：

步骤1，磁链观测器的设计：根据电机静止坐标系的磁链方程，构建新型磁链观测器，最终输出电机定子磁链和转子磁链；

步骤2，直接转矩控制系统的建立：利用估计得到的定子磁链来计算定子磁链幅值和电机电磁转矩，并与磁链幅值和电磁转矩的给定值相比较得到Δψ_s和ΔT，经比例积分(PI)控制器后得到参考电压矢量；

步骤3，转速与位置角的估计：将估计得到的转子磁链作为输入，利用归一化的锁相环位置观测器来解调转子磁链中包含的位置信息，得到电机位置角和转速；