一种永磁同步电机低载波比无位置传感器控制系统及其控制方法，涉及一种用于永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制装置，属于电机控制领域。为了解决传统永磁同步电机控制系统及转子位置观测系统无法在低载波比条件下运行的问题。本发明专利技术采用数字延迟补偿器提高电流环带宽，采用复矢量PI控制器实现对电流的解耦控制，采用同步旋转轴系下低载波比观测器实现反电动势信息观测，通过软件锁相环获得转子位置、转速观测值，采用SVPWM变频器实现对永磁同步电机的控制。本发明专利技术的有益效果是信号处理方法简单易行、可靠实用，动态性能好，能够实现永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器运行；适用于永磁同步电机无位置传感器的控制。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制装置，属于 电机控制领域。
技术介绍
近年来，永磁同步电机调速系统逐渐成为交流调速传动领域的研究热点。究其原 因，与传统的异步电机相比，永磁同步电机的优点在于：结构简单、体积小、重量轻、运行可 靠、功率密度高、调速性能好等，永磁同步电机已成为变频调速电气传动系统的理想选择， 其应用领域十分广泛。按照永磁同步电机转子永磁体结构的不同，可以分为表贴式和内置 式两种。 目前，在高性能永磁同步电机调速系统应用中，通常需要在电机轴端部安装光电 编码器、旋转变压器或者霍尔传感器等机械位置检测元件来获取转子磁极的位置信息，然 而位置传感器的安装使得系统成本增加、体积增大、可靠性降低，并且限制了永磁同步电机 的应用场合。因此，研究低成本、强鲁棒性无位置传感器永磁同步电机控制方法，成了交流 电机控制
中的研究热点。按照永磁同步电机无位置传感器技术的适用范围，通常 将其分成两类：一类是适用于中高速的无位置传感器技术，另一类是适用于低速（零速）的 无位置传感器技术，分别是根据电机基频数学模型和凸极结构特性来实现的。适用于中高 速的永磁同步电机无位置传感器技术通过基频激励的反电动势或者磁链模型来观测转子 位置/速度信息，而不需要利用电机的凸极，这使得适用于中高速的无位置传感器技术应 用更广泛，而且相对简单。 然而，传统双闭环矢量控制系统由于未考虑数字延迟影响，使得其在低载波比条 件下出现不稳定现象，且随着载波比降低，同步旋转轴系下永磁同步电机系统耦合程度会 越来越大，限制了永磁同步电机控制性能。为实现无传感器控制，通常采用静止轴系下电机 模型构造转子位置观测器，通过反电动势信息观测位置信息。然而，静止轴系下反电动势为 交流量，由于带宽限制使得其在低载波比条件下存在较大相位滞后，恶化了无位置传感器 控制性能。因此，针对低载波比条件，实现永磁同步电机系统解耦，并准确观测位置信息至 关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统永磁同步电机控制系统及转子位置观测系统无法 在低载波比条件下运行的问题，提出了一种永磁同步电机低载波比无位置传感器控制系统 及其控制方法。 本专利技术所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，它包括 一号PI控制器、复矢量PI控制器、数字延迟补偿器、Park逆变换器、SVPffM变频器、Park变 换器、低载波比观测器和锁相环； 所述SVPffM变频器的三相整流输出端分别与永磁同步电机的三相交流输入端相 连；所述永磁同步电机的三相交流输入端分别为U相、V相和W相； 所述Park变换器的一号电流信号输入端与永磁同步电机的U相相连，Park变换 器的二号电流信号输入端与永磁同步电机的V相相连，Park变换器的三号电流信号输入端 与永磁同步电机的W相相连； 所述Park变换器的一号电流信号输出端分别与低载波比观测器的一号电流信号 输入端和复矢量PI控制器的一号电流信号输入端相连，所述Park变换器的二号电流信号 输出端分别与低载波比观测器的二号电流信号输入端和复矢量PI控制器的二号电流信号 输入端相连； 所述低载波比观测器的观测值信号输出端与锁相环的观测值信号输入端相连； 所述锁相环的转速反馈信号输出端与一号PI控制器的转速信号输入端相连，锁 相环的转子位置信号输出端分别与Park逆变换器的转子位置信号输入端和Park变换器的 转子位置信号输入端相连； 所述一号PI控制器的一号电流信号输出端与复矢量PI控制器的一号电流输入端 相连，所述一号PI控制器的二号电流信号输出端与复矢量PI控制器的二号电流输入端相 连； 所述复矢量PI控制器的一号电压信号输出端与数字延迟补偿器的一号电压信号 输入端相连，所述复矢量PI控制器的二号电压信号输出端与数字延迟补偿器的二号电压 信号输入端相连； 所述数字延迟补偿器的一号电压信号输出端同时与Park逆变换器的一号电压信 号输入端和低载波比观测器的一号电压信号输入端相连，所述数字延迟补偿器的二号电压 信号输出端同时与Park逆变换器的二号电压信号输入端和低载波比观测器的二号电压信 号输入端相连； 所述Park逆变换器的一号电压信号输出端与SVPffM变频器的一号电压输入端相 连，所述Park逆变换器的二号电压信号输出端与SVPffM变频器的二号电压输入端相连。 所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法，该 方法是由以下步骤实现的： 步骤一、一号PI控制器结合转速指令.将反馈转速成转换为一号PI控制器一 号电流信号输出端的电流信号^和一号PI控制器二号电流信号输出端的电流信号 所述转速指令为预先设定的目标参数； 步骤二、复矢量PI控制器将同步旋转轴系下的电流信号、与PI控制器一号电流 信号输出端输出的电流信号ζ转换为同步旋转轴系电压参考信号复矢量PI控制器将 同步旋转轴系下的电流信号iq与PI控制器二号电流信号输出端输出的电流信号?转换为 同步旋转轴系电压参考信号Wy 步骤三、数字延迟补偿器将同步旋转轴系电压参考信号和同步旋转轴系电压参 考信号&转换为补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号?4; 步骤四、Park逆变换器结合步骤八中的转子位置信号#e，将补偿后的电压参考信 号和补偿后的电压参考信号转换为电压控制信号< 和电压控制信号4 ; 步骤五、SVPffM变频器根据电压控制信号< 和电压控制信号 < 完成对永磁同步电 机的三相交流输入端电流大小的控制； 步骤六、Park变换器结合步骤八中的转子位置信号16，将永磁同步电机的三相交 流输入端的U相电流信号ia、V相电流信号ib和W相电流信号i。转换为同步旋转轴系下的 电流ig号id和电流?§号i q; 步骤七、低载波比观测器将同步旋转轴系下的电流信号id、同步旋转轴系下的电 流信号iq、补偿后的电压参考信号《?和补偿后的电压参考信号换为观测值信号％; 步骤八、锁相环将观测值信号％转换为反馈转速成.和转子位置信号&。 所述Park变换器将感测到的SVPffM变频器输送给永磁同步电机三相交流电的信 号值转换为同步旋转轴系下的电流信号； 所述低载波比观测器结合转子位置信号，将补偿后的电压参考信号和同步旋转轴 系下的电流信号转换为观测值信号； 所述锁相环用于将观测值信号转换为转子位置信号和反馈转速信号； 所述一号PI控制器用于将反馈转速信号和转速指令做差后转换为电流信号； 所述复矢量PI控制器用于将一号PI控制器转换后的电流信号与同步旋转轴系下 的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号； 所述数字延迟补偿器用于将同步旋转轴系电压参考信号转换为补偿后的电压参 考?目号； 所述Park逆变换器用于结合转子位置信号，将补偿后的电压参考信号转换为电 压控制信号； 所述SVPffM变频器根据电压控制信号完成对永磁同步电机的三相交流输入端电 流大小的控制。 本专利技术的有益效果采用Park变换器完成对永磁同步电机三相交流电的采集与转 换，采用复矢量PI控制器实现对电流的解耦控制，采用低载波比观测器对信号进行处理， 完成在低载波比情况下的永磁同步电机转子位置的观测，处理方法简单易行、可靠本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，它包括一号PI控制器(1)、复矢量PI控制器(2)、数字延迟补偿器(3)、Park逆变换器(4)、SVPWM变频器(5)、Park变换器(7)、低载波比观测器(8)和锁相环(9)；所述SVPWM变频器(5)的三相整流输出端分别与永磁同步电机(6)的三相交流输入端相连；所述永磁同步电机(6)的三相交流输入端分别为U相、V相和W相；所述Park变换器(7)的一号电流信号输入端与永磁同步电机(6)的U相相连，Park变换器(7)的二号电流信号输入端与永磁同步电机(6)的V相相连，Park变换器(7)的三号电流信号输入端与永磁同步电机(6)的W相相连；所述Park变换器(7)的一号电流信号输出端分别与低载波比观测器(8)的一号电流信号输入端和复矢量PI控制器(2)的一号电流信号输入端相连，所述Park变换器(7)的二号电流信号输出端分别与低载波比观测器(8)的二号电流信号输入端和复矢量PI控制器(2)的二号电流信号输入端相连；所述低载波比观测器(8)的观测值信号输出端与锁相环(9)的观测值信号输入端相连；所述锁相环(9)的转速反馈信号输出端与一号PI控制器(1)的转速信号输入端相连，锁相环(9)的转子位置信号输出端分别与Park逆变换器(4)的转子位置信号输入端和Park变换器(7)的转子位置信号输入端相连；所述一号PI控制器(1)的一号电流信号输出端与复矢量PI控制器(2)的一号电流输入端相连，所述一号PI控制器(1)的二号电流信号输出端与复矢量PI控制器(2)的二号电流输入端相连；所述复矢量PI控制器(2)的一号电压信号输出端与数字延迟补偿器(3)的一号电压信号输入端相连，所述复矢量PI控制器(2)的二号电压信号输出端与数字延迟补偿器(3)的二号电压信号输入端相连；所述数字延迟补偿器(3)的一号电压信号输出端同时与Park逆变换器(4)的一号电压信号输入端和低载波比观测器(8)的一号电压信号输入端相连，所述数字延迟补偿器(3)的二号电压信号输出端同时与Park逆变换器(4)的二号电压信号输入端和低载波比观测器(8)的二号电压信号输入端相连；所述Park逆变换器(4)的一号电压信号输出端与SVPWM变频器(5)的一号电压输入端相连，所述Park逆变换器(4)的二号电压信号输出端与SVPWM变频器(5)的二号电压输入端相连。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐殿国，张国强，王高林，倪荣刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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