基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法，该装置采用相应的控制方法，将采样到的定子线端电压与电流变换到选定旋转坐标系中对应的d轴电压、q轴电压和d轴电流、q轴电流，再对变换的d轴电流和q轴电流进行微分得到各自微分量；然后计算出永磁同步电机的d轴电动势，对d轴电动势进行比例‑积分后得到计算转速值，再分别经过低通滤波和积分得到转速估算值和角度估算值；最后，根据角度估算值对前面旋转变化的角度进行更新；本发明专利技术的方法能有效避免电机运行过程中参数变化对估算精度的影响，估算精度高，而且比较容易调试，工程实践简单。

Control device and control method based on sensorless permanent magnet synchronous motor

The invention discloses a control device and control method of sensorless permanent magnet synchronous motor based on the device adopts the corresponding control method, the sampling to the stator terminal voltage and current transform to selected rotational coordinates corresponding to the d axis and q axis voltage voltage and current, the d axis q axis current then, to transform d axis and q axis current current differential respective differential quantity; and then calculate the d axis EMF of permanent magnet synchronous motor, the d axis electric potential proportional integral obtained after calculating the speed value, and then through the low pass filter and the integral of the speed estimation value and the value of the angle finally, according to the updated value; the variation of rotation angle estimation; the method of the invention can effectively avoid the influence of parameter change in the operation of the motor on the estimation accuracy, high estimation accuracy, and relatively easy to adjust The engineering practice is simple.

【技术实现步骤摘要】
基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法
本专利技术涉及电力电子、电气传动和控制
，具体将是一种基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置及控制方法。
技术介绍
永磁同步电机与电励磁电机相比不需要电励磁机构，结构简单、效率高；与直流电机相比不需要机械换向机构和电刷，可靠性高。因此在风力发电、电动汽车等很多领域有广泛的应用。为了降低成本和提高系统的可靠性，目前永磁同步电机通常采用无位置传感器控制。无位置传感器位置与转速估计算法需要通过检测电机定子电压、电流估算电机的转子位置与转速。估算得到的转子位置与转速的精度直接关系到整个控制系统的性能。目前永磁同步电机的无位置传感器转子位置与转速估算方法主要包括基于卡尔曼滤波的方法和基于转子反电动势的方法两大类，但是均存在不同的技术缺陷：1、基于卡尔曼滤波的方法需要进行大量的矩阵运算，计算过程复杂，在实际控制系统中实现起来有一定的困难。2、基于反电动势的方法计算过程相对简单，计算量小。但是基于反电动势的方法对电机参数依耐性强，并且在低速时误差较大。
技术实现思路
为了克服现有的基于扩展卡尔曼滤波无速度传感器估算方法计算复杂和基于反电动势对电机参数依赖性强的问题，本专利技术提供一种基于目标电动势为零的无位置传感器永磁同步电机控制装置及转子位置和转速估算方法，该估算方法能有效避免电机运行过程中参数变化对估算精度的影响，估算精度高，电机控制装置比较容易调试，工程实践简单。本专利技术的技术方案如下：基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置，其特征在于：包括网侧整流单元、直流母线电容、三相全控桥主电路、电机滤波电抗器、电机控制系统、功率控制单元；网侧整流单元连接直流母线电容，直流母线电容连接三相全控桥主电路，三相全控桥主电路连接电机滤波电抗器，电机滤波电抗器连接永磁同步电机；电机控制系统分别与电机滤波电抗器、永磁同步电机、功率控制单元连接，电机控制系统并将控制脉冲和保护信号发送给功率控制单元，功率控制单元向三相全控桥主电路发送信号，三相全控桥接受功率控制单元的信号驱动永磁同步电机；所述网侧整流单元通过吸收电网的电能控制建立直流母线电压；所述直流母线电容用于支撑电压。所述电机控制系统包括核心控制器、信号采集电路，用于控制算法的实现。基于上述控制装置的控制方法，其特征在于步骤如下：首先，将采样到的定子线端电压与电流变换到选定旋转坐标系中对应的d轴电压、q轴电压和d轴电流、q轴电流，再对选定旋转坐标系中变换得到的d轴电流和q轴电流进行微分得到各自微分量；然后，将得到选定旋转坐标系下的六个电压电流分量后计算出永磁同步电机的d轴电动势，对d轴电动势进行比例‐积分计算后得到计算转速值，计算转速值分别经过低通滤波和积分得到转速估算值和角度估算值；最后，根据角度估算值对前面旋转变化的角度进行更新。所述六个电压电流分量包括指d轴电压、q轴电压、d轴电流、q轴电流、d轴电流微分量、q轴电流微分量。上述整个过程是在选定的dXqX旋转坐标系中完成。更进一步的，具体估计步骤为：a、先将估算选定参考旋转坐标系的初始角度和旋转速度设定为：初始角度θX＝0，旋转速度ωX＝0；b、将测得的永磁同步电机的定子线电压的基波分量uab、ubc转换到选定的旋转坐标系中的dq坐标系下，得到的dq轴电压ud、uq分别为：所述定子线电压的基波分量uab、ubc是由安装在永磁同步电机定子端的电压传感器测量得到。c、将测量得到的定子三相电流ia、ib、ic转换到选定旋转坐标系中的dq坐标系下，得到的dq轴电流id、iq分别为：所述定子三相电流ia、ib、ic是由安装在永磁同步电机定子侧的电流传感器测量得到。d、对dq坐标系下的定子电流id、iq进行高通滤波，得到定子电流的微分量近似值其中，HP代表高通滤波器环节。e、根据dq坐标系下的定子电压ud，uq、定子电流id，iq以及定子电流的微分量近似值计算得到目标电动势ed：其中，Ld、Lq分别为永磁同步电机的直轴和交轴电抗，Ra为定子电枢电阻。f、对目标电动势ed进行比例积分运算，得到t时刻转子转速的计算值ωC：其中，t表示当前时刻。g、对转子转速计算值ωC进行低通滤波，得到转子转速的估计值ωr：ωr＝LPF(ωC)(7)其中，LPF表示低通滤波器。h、对转子转速计算值ωC进行低通滤波，得到转子位置角度的估计值θr其中，t表示当前时刻。i、根据估算的转子速度更新估算选定的参考坐标系的旋转速度：ωX＝ωr(9)j、根据估算的转子角度更新估算选定的参考坐标系的角度：θX＝θr(10)k、返回步骤b，重复循环计算。步骤b中，测得的永磁同步电机的定子线电压的基波分量uab、ubc转换后得到的dq轴电压ud、uq分别为：所述定子线电压的基波分量uab、ubc是由安装在永磁同步电机定子端的电压传感器测量得到。步骤c中，测量得到的定子三相电流ia、ib、ic转换到选定旋转坐标系中的dq坐标系下得到的dq轴电流id、iq分别为：所述定子线定子三相电流ia、ib、ic是由安装在永磁同步电机定子侧的电流传感器测量得到。本专利技术的优点在于：1.本装置通过该控制方法实现时，不需要转子磁链幅值ψr，相比其他方法对电机参数依赖小，能够避免电机运行过程中参数变化对估算精度的影响。2.本控制方法采用的基于目标电动势为0，实际是通过对目标电动势进行积分来调整估算转速值，当估算值与实际值完全吻合时，目标电动势为0。这种估算方法对电机定子电抗和电阻参数误差有较强的容错能力，能提升估算的精度。3.本控制方法在旋转参考系中进行，相比静止坐标系下的估算方法，滤波环节受到的影响更小，估算精度更高。这是因为本控制方法是在旋转坐标系中完成，在估算过程中，转子dq轴电流分量的波动频率会逐渐降低，最终几乎变为直流量。这就意味着系统的高通滤波环节输出会不断减小最终接近为0，也即它造成的误差被降低至最小，从而有利于提高估算精度。4.本控制方法中，高通滤波环节与低通滤波环节的滤波参数具有很强适应性，不需要随转速和负载改变进行调节，调试容易，工程实践简单。5.本控制装置采用网侧建立直流母线电压，母线电压更稳定，有利于电机控制的稳定性。6.本控制装置加入三相电抗器能吸收电机侧的过电压，减少电磁干扰，有利于三相全控桥的可靠运行。附图说明图1是本专利技术的实施组成结构示意图；图2是本专利技术用于典型永磁同步电机系统的控制框图；图3是本专利技术控制方法的功能框图；图4是本专利技术的转速估计值与真实值的对比图；图5是本专利技术的角度估计值与真实值的对比图；图6是本专利技术实施例2的角度估计值与真实值的对比图；图7是本专利技术实施例2的角度估计值与真实值的误差；图8是本专利技术的转速估计值。具体实施方式实施例1如图1所示，基于无位置传感器永磁同步电机的控制装置，包括：网侧整流单元、直流母线电容、三相全控桥主电路、电机滤波电抗器、电机控制系统、功率控制单元；网侧整流单元连接直流母线电容，直流母线电容连接三相全控桥主电路，三相全控桥主电路连接电机滤波电抗器，电机滤波电抗器连接永磁同步电机；电机控制系统分别与电机滤波电抗器、永磁同步电机、功率控制单元连接，电机控制系统并将控制脉冲和保护信号发送给功率控制单元，功率控制单元向三相全控桥主电路发送信号，三相全控桥接受功率控制单元的信号驱动永本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于目标电动势为零的永磁同步电机无位置传感器转子位置和转速估算方法，其特征在于：首先，将采样到的定子线端电压与电流变换到选定旋转坐标系中对应的d轴电压、q轴电压和d轴电流、q轴电流，再对选定旋转坐标系中变换得到的d轴电流和q轴电流进行微分得到各自微分量；然后，将得到选定旋转坐标系下的六个电压电流分量后计算出永磁同步电机的d轴电动势，对d轴电动势进行比例‐积分计算后得到计算转速值，计算转速值分别经过低通滤波和积分得到转速估算值和角度估算值；最后，根据角度估算值对前面旋转变化的角度进行更新；所述六个电压电流分量包括d轴电压、q轴电压、d轴电流、q轴电流、d轴电流微分量、q轴电流微分量。

【技术特征摘要】
1.基于目标电动势为零的永磁同步电机无位置传感器转子位置和转速估算方法，其特征在于：首先，将采样到的定子线端电压与电流变换到选定旋转坐标系中对应的d轴电压、q轴电压和d轴电流、q轴电流，再对选定旋转坐标系中变换得到的d轴电流和q轴电流进行微分得到各自微分量；然后，将得到选定旋转坐标系下的六个电压电流分量后计算出永磁同步电机的d轴电动势，对d轴电动势进行比例‐积分计算后得到计算转速值，计算转速值分别经过低通滤波和积分得到转速估算值和角度估算值；最后，根据角度估算值对前面旋转变化的角度进行更新；所述六个电压电流分量包括d轴电压、q轴电压、d轴电流、q轴电流、d轴电流微分量、q轴电流微分量。2.根据权利要求1所述的基于目标电动势为零的永磁同步电机无位置传感器转子位置和转速估算方法，其特征在于具体估计步骤为：a、先将估算选定参考旋转坐标系的初始角度和旋转速度设定为：初始角度θX＝0，旋转速度ωX＝0；b、将测得的永磁同步电机的定子线电压的基波分量uab、ubc转换到选定的旋转坐标系中的dq坐标系下，得到的dq轴电压ud、uq分别为：c、将测量得到的定子三相电流ia、ib、ic转换到选定旋转坐标系中的dq坐标系下，得到的dq轴电流id、iq分别为：d、对dq坐标系下的定子电流id、iq进行高...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小田，周宏林，代同振，胡凡荣，张筱，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51