凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種凸極式永磁同步電機無位置傳感器的 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自20世紀(jì)80年代以來，現(xiàn)代電機技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù) 及計算機技術(shù)等支撐技術(shù)快速發(fā)展，交流伺服控制技術(shù)發(fā)展已極大邁進，交流伺服系統(tǒng)性 能日漸提高，價格趨于合理。由于永磁同步電機的效率高、尺寸小、轉(zhuǎn)矩脈動小，永磁同步電 機成為了電機伺服系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。但是，同步電機通常包括機械式位置傳感器（編 碼器、測速發(fā)電機）來實現(xiàn)基于位置的控制算法，這類傳感器有安裝、電纜連接、故障等問 題，并影響系統(tǒng)可靠性和限制系統(tǒng)使用范圍，不符合集成應(yīng)用系統(tǒng)要求。
[0003] 具體地，相關(guān)技術(shù)中無機械傳感器交流調(diào)速系統(tǒng)是指利用電機繞組中有關(guān)電信 號，并且結(jié)合適當(dāng)方法估計出轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置自檢測。其中，有很多方法提 出了各種轉(zhuǎn)子位置和速度檢測方法，其大多數(shù)都是檢測基波反電勢來獲轉(zhuǎn)子位置信息。然 而，這種基于基波激勵方法實施雖然簡單，但零速或低速時因反電勢過小而根本無法檢測， 只適用于高轉(zhuǎn)速運行。另外，相關(guān)技術(shù)中的這些方法需利用基波電壓和電流信號計算轉(zhuǎn)子 位置和速度，導(dǎo)致對電機參數(shù)變化很敏感，魯棒性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種能夠提高使用適用性，并且增加電機驅(qū)動 的可靠性的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的在于提出一種凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制裝 置。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種凸極式永磁同步電機無位置傳 感器的控制方法，包括以下步驟：當(dāng)永磁同步電機在高轉(zhuǎn)速模式運行時，獲取電機端電壓和 相電流；將所述電機端電壓和相電流轉(zhuǎn)化為a0坐標(biāo)系下的電壓和電流；建立反電動勢方 程；將所述a0坐標(biāo)系下的電壓和電流代入所述反電動勢方程，以估算出反電動勢；將所 述反電動勢代入反電動勢-轉(zhuǎn)子角位置關(guān)系方程，以得到轉(zhuǎn)子角位置；當(dāng)所述永磁同步電 機在低轉(zhuǎn)速模式或零轉(zhuǎn)速模式運行時，向電機的定子繞組注入對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓；通 過所述對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓與電機的凸極的相互作用，以得到轉(zhuǎn)子位置信息；以及將所 述轉(zhuǎn)子角位置或所述轉(zhuǎn)子位置信息代入銜接算法的加權(quán)方程，以估算當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和速 度。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明實施例提出的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，首先在 高轉(zhuǎn)速模式運行時，通過獲取電機端電壓和相電流，并轉(zhuǎn)化為a0坐標(biāo)系下的電壓和電 流，以根據(jù)反電動勢方程估算出反電動勢，從而得到轉(zhuǎn)子角位置，其次在低轉(zhuǎn)速或零轉(zhuǎn)速模 式運行時，向定子繞組注入對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓，從而得到轉(zhuǎn)子位置信息，實現(xiàn)通過銜接 算法將高速段及低速段得到的轉(zhuǎn)子角位置和轉(zhuǎn)子位置信息估算當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和速度的 目的，適用于全轉(zhuǎn)速范圍，不但適用于高速，而且適用于低速和零速，提高了使用適用性，并 且增加了電機驅(qū)動的可靠性，魯棒性好，抗干擾能力強。
[0009] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法還 可以具有如下附加的技術(shù)特征：
[0010] 進一步地，在本發(fā)明的一個實施例中，所述反電動勢方程為：
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 當(dāng)永磁同步電機在高轉(zhuǎn)速模式運行時，獲取電機端電壓和相電流； 將所述電機端電壓和相電流轉(zhuǎn)化為α β坐標(biāo)系下的電壓和電流； 建立反電動勢方程； 將所述α β坐標(biāo)系下的電壓和電流代入所述反電動勢方程，以估算出反電動勢； 將所述反電動勢代入反電動勢-轉(zhuǎn)子角位置關(guān)系方程，以得到轉(zhuǎn)子角位置； 當(dāng)所述永磁同步電機在低轉(zhuǎn)速模式或零轉(zhuǎn)速模式運行時，向電機的定子繞組注入對稱 三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓； 通過所述對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓與電機的凸極的相互作用，以得到轉(zhuǎn)子位置信息；以 及 將所述轉(zhuǎn)子角位置或所述轉(zhuǎn)子位置信息代入銜接算法的加權(quán)方程，以估算當(dāng)前的轉(zhuǎn)子 位置和速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述反電動勢方程為：
其中，ω為低通濾波器的截至頻率，e' a、e' ρ為反電動勢估計值、K1為滑模觀測器 增益、?、^為電流觀測誤差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述反電動勢-轉(zhuǎn)子角位置關(guān)系方程為： ea =-入 ω esin Θ e ， Θ g - λ W eCOS θ e 其中，ea、ep為反電動勢、ω e為電機角速度、θ e為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓為：
其中，'、vL :為高頻注入電壓q軸和d軸的電壓分量、Vsi為高頻注入電壓幅值、ω i 為高頻注入電壓的角頻率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述銜接算法的加權(quán)方程為： n = kXnH+(l-k) XnL θ = kX Θ H+(l_k) X Θ L 其中，k為權(quán)值、ηΗ為高速段滑?？刂乒烙嫷霓D(zhuǎn)速、ru為低速段高頻注入估計的轉(zhuǎn)速、 ΘΗ為高速段滑?？刂乒烙嫷霓D(zhuǎn)子角位置、Θ 低速段高頻注入估計的轉(zhuǎn)子角位置。
6. -種凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制裝置，其特征在于，包括： 采樣模塊，當(dāng)永磁同步電機在高轉(zhuǎn)速模式運行時，用于獲取電機端電壓和相電流； 轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述電機端電壓和相電流轉(zhuǎn)化為α β坐標(biāo)系下的電壓和電流； 創(chuàng)建模塊，用于建立反電動勢方程； 計算模塊，用于將所述α β坐標(biāo)系下的電壓和電流代入所述反電動勢方程，以估算出 反電動勢； 第一獲取模塊，用于將所述反電動勢代入反電動勢-轉(zhuǎn)子角位置關(guān)系方程，以得到轉(zhuǎn) 子角位置； 注入模塊，當(dāng)所述永磁同步電機在低轉(zhuǎn)速模式或零速轉(zhuǎn)速模式運行時，用于向電機的 定子繞組注入對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓； 第二獲取模塊，用于通過所述對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓與電機的凸極的相互作用，以得 到轉(zhuǎn)子位置信息；以及 第三獲取模塊，用于將所述轉(zhuǎn)子角位置或所述轉(zhuǎn)子位置信息代入銜接算法的加權(quán)方 程，以估算當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述反電動勢方程為：
其中，ω為低通濾波器的截至頻率，e' a、e' ρ為反電動勢估計值、K1為滑模觀測器 增益、ζ、^ :為電流觀測誤差。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述反電動勢-轉(zhuǎn)子角位置關(guān)系方程為： ea =-入 ω esin Θ e θβ - λ 〇 eCOS θ e 其中，ea、ep為反電動勢、ω e為電機角速度、θ e為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓為：
其中，vL、為高頻注入電壓q軸和d軸的電壓分量、Vsi為高頻注入電壓幅值、ω i 為高頻注入電壓的角頻率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法，其特征在 于，所述銜接算法的加權(quán)方程為： n = kXnH+(l-k) XnL θ = kX Θ H+(l_k) X Θ L 其中，k為權(quán)值、ηΗ為高速段滑?？刂乒烙嫷霓D(zhuǎn)速、ru為低速段高頻注入估計的轉(zhuǎn)速、 ΘΗ為高速段滑模控制估計的轉(zhuǎn)子角位置、Θ 低速段高頻注入估計的轉(zhuǎn)子角位置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種凸極式永磁同步電機無位置傳感器的控制方法及裝置，其中，方法包括以下步驟：當(dāng)高轉(zhuǎn)速模式運行時，獲取電機端電壓和相電流，并轉(zhuǎn)化為αβ坐標(biāo)系下的電壓和電流，以估算出反電動勢，從而得到轉(zhuǎn)子角位置；當(dāng)?shù)娃D(zhuǎn)速或零轉(zhuǎn)速模式運行時，向定子繞組注入對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓；通過對稱三相高頻旋轉(zhuǎn)電壓與電機的凸極的相互作用得到轉(zhuǎn)子位置信息；將轉(zhuǎn)子角位置或轉(zhuǎn)子位置信息代入銜接算法的加權(quán)方程，以估算當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和速度。本發(fā)明實施例的控制方法不但適用于高速，而且適用于低速和零速，并且增加了電機驅(qū)動的可靠性。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104868814
【申請?zhí)枴緾N201510226507
【發(fā)明人】楊蓮慧, 孟凡坤, 楊冉, 李亞芳
【申請人】北京動力機械研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月6日