一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法技术方案

一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法，涉及电机控制领域。本发明专利技术是为了解决在现有的永磁同步电机的矢量控制技术中，需要传感器采集信号来保证永磁同步电机的可靠驱动，但是一旦传感器出现故障，永磁同步电机则不能正常运行，存在可靠性差的问题。获得永磁同步电机的估计转速和估计位置信息；当某一相电流传感器发生故障后，电流误差重构环节根据相电流误差得到电流空间矢量误差，对误差投影得到重构相电流误差；根据重构相电流误差、相电流误差、估计转速、α轴电压和β轴电压，得到α轴电流估计值和β轴电流估计值；用该值变换后得到值对永磁同步电机实现闭环控制。用于校正相电流，对电机进行控制。

A Fault Tolerance Method of Current Sensor for Sensorless Driving System Based on Current Space Vector Error Projection Correction

【技术实现步骤摘要】
一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法
本专利技术涉及一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法。属于电机控制领域。
技术介绍
随着近几年来功率开关器件制造技术取得的很大突破，容量和频率得到提升。同时，针对交流电机调速策略的研究不断完善，交流调速系统逐步成为电力驱动领域的主流。与传统的电励磁电机相比，永磁同步电机不需要转子绕组，具有高功率密度，高力矩惯量比，高功率因数以及调速性能好的优点，更加适应于工业领域的需求。永磁同步电机的矢量控制技术是应用最为广泛的控制方法，其实现需要准确的转子位置信息以及绕组电流信息。无位置传感器控制技术可以减小系统成本，提高系统可靠性，在许多场合得到广泛应用。传感器作为电机驱动系统中重要的采集信号的元件，在一些复杂的工况下又容易发生故障。传感器故障将会直接影响到永磁同步电机的控制性能，可能导致电机驱动系统无法正常工作，严重情况下还可能导致巨大的经济损失，甚至严重危害操作人员安全。在许多实际应用的电机驱动系统，如电梯驱动器、汽车驱动系统等对系统连续稳定运行要求较高的场合，系统出现故障时是不允许停车的。为了提高永磁电机驱动系统的可靠性，确保驱动系统在传感器故障条件下仍能正常运行，并保证一定的控制精度，需要对传感器进行容错控制，在故障发生后能够依靠残存的传感器提供的信息重构故障信号。
技术实现思路
本专利技术是为了解决在现有的永磁同步电机的矢量控制技术中，需要传感器采集信号来保证永磁同步电机的可靠驱动，但是一旦传感器出现故障，永磁同步电机则不能正常运行，存在可靠性差的问题。现提供一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法。一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、采用全阶位置观测器得到永磁同步电机的估计转速和估计位置信息，将估计转速和估计位置信息输入到永磁同步电机矢量控制系统的调节器中进行矢量控制；步骤二、当检测到某一相电流传感器发生故障后，采用电流误差重构环节根据测量到的相电流误差得到电流空间矢量误差，将所述电流空间矢量误差进行投影得到重构相电流误差；步骤三、电流滑模观测器根据重构相电流误差、相电流误差、估计转速、电流调节器输出的α轴电压和β轴电压，得到电机的α轴电流估计值和β轴电流估计值；步骤四、α轴电流估计值和β轴电流估计值通过park变换得到d轴电流估计值和q轴电流估计值作为测量电流信息，采用该电流信息对永磁同步电机实现闭环控制。本专利技术的有益效果为：通过设计电流滑模观测器，实现无位置传感器驱动系统的电流传感器容错控制，具有较好的稳态性能，保证无位置传感器驱动系统在电流传感器出现故障后能够正常运行。本专利技术可以作为系统电流传感器发生故障时的容错控制方案，保证系统稳定运行下去并安全停机，避免系统崩溃，产生危险。本专利技术将全阶位置观测器与电流滑模观测器有机结合，使两种观测器能够同时正常工作，为系统提供矢量控制所需的位置，转速和电流信息，实现了无位置传感器驱动系统的电流传感器容错控制，提高了系统的安全性。本专利技术的方法为基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错控制方法。相比较传统的电流观测器而言，本专利技术的方法以电流空间矢量误差投影作校正信号协助构建滑模面，可以有效提高重构电流的精度，并降低无位置传感器驱动系统的转速波动，提高了无位置传感器驱动系统电流传感器容错控制方法的性能。附图说明图1是无位置传感器驱动系统电流传感器容错控制方法整体流程示意图；图2是电流误差重构环节的流程示意图；图3是αβ坐标系内电流误差关系示意图；图4是电流传感器故障容错控制模式下位置观测模块与电流重构环节耦合示意图；图5是无位置传感器驱动系统电流传感器容错控制下电流观测环节输出电流波形图，图5(a)为电机实际的B相电流，估计α轴电流与电流误差的对比图，图5(b)为电机实际的B相电流，估计β轴电流与电流误差的对比图；图6是无位置传感器驱动系统电流传感器容错控制下位置观测器输出转速与位置波形图；图7是所专利技术的基于电流空间矢量误差投影作校正的电流传感器容错控制方法与传统电流传感器容错方法对比波形图，图7(a)为实际转速的对比波形，图7(b)为电流误差的对比图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、采用全阶位置观测器得到永磁同步电机的估计转速和估计位置信息，将估计转速和估计位置信息输入到永磁同步电机矢量控制系统的调节器中进行矢量控制；步骤二、当检测到某一相电流传感器发生故障后，采用电流误差重构环节根据测量到的相电流误差得到电流空间矢量误差，将所述电流空间矢量误差进行投影得到重构相电流误差；步骤三、电流滑模观测器根据重构相电流误差、相电流误差、估计转速、电流调节器输出的α轴电压和β轴电压，得到电机的α轴电流估计值和β轴电流估计值；步骤四、α轴电流估计值和β轴电流估计值通过park变换得到dq轴电流信息作为测量电流信息，采用该电流信息对永磁同步电机实现闭环控制。本实施方式中，如图1所示，由电流传感器(AD)采集三相交流电流，当某相电流发生故障时，对该相电流进行校正，例如，当检测到a相电流发生故障后，根据a相电流ia(当clarke变换的基准轴系α轴与a轴重合时，a相电流ia与α轴电流iα相等，ia＝iα)和估计α轴电流得到相电流误差，将相电流误差输入电流误差重构环节进行重构得到电流空间矢量误差，将所述电流空间矢量误差进行投影得到重构相电流误差，再经过电流滑模观测器实现对该故障电流的校正，由电流滑模观测器输出的结果回馈到调节器中实现对电机的闭环控制。如图4所示，本申请通过将位置观测器与电流观测环节有机结合，使两种观测器能够同时正常工作，为系统提供矢量控制所需的位置，转速和电流信息，实现了无位置传感器驱动系统的电流传感器容错控制，提高了系统的安全性。通过实验来验证来本申请：本实验在永磁同步电机对拖实验平台上进行验证。两台1.0kW的永磁同步电机通过联轴器同轴联接，其中一台作为控制电机，另一台作为加载电机，所使用的永磁同步电机的主要参数为：额定功率1.0kW，额定转矩3.15N·m，额定转速3000r/min，直轴电感Ld＝7.9mH，交轴电感Lq＝11.7mH，电机极对数P＝3，转子磁链ψf＝0.14Wb，电机定子电阻R＝0.74Ω。图5所示为所专利技术方法在无位置传感器控制模式下电流传感器容错控制时估计α轴与β轴电流波形，电机运行工况为500r/min额定负载。由于α轴电流传感器工作正常，因此得到的校正项准确，经由观测器得到的估计α电流与实际值相等，电流误差几乎为零，如图5(a)所示。利用电流空间矢量误差投影作校正项得到的估计β轴电流如图5(b)所示，可以观察到最大电流误差不超过0.5A。综上所述，所专利技术的方法可以较为准确的得到故障相电流并实现电流传感器的容错控制。图6为所专利技术方法在无位置传感器控制模式下电流传感器容错控制时位置及转速波形，此时电机位于额定负载条件下转速为500r/min稳态运行。由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、采用全阶位置观测器得到永磁同步电机的估计转速和估计位置信息，将估计转速和估计位置信息输入到永磁同步电机矢量控制系统的调节器中进行矢量控制；步骤二、当检测到某一相电流传感器发生故障后，采用电流误差重构环节根据测量到的相电流误差得到电流空间矢量误差，将所述电流空间矢量误差进行投影得到重构相电流误差；步骤三、电流滑模观测器根据重构相电流误差、相电流误差、估计转速、电流调节器输出的α轴电压和β轴电压，得到电机的α轴电流估计值和β轴电流估计值；步骤四、α轴电流估计值和β轴电流估计值通过park变换得到d轴电流估计值和q轴电流估计值作为测量电流信息，采用该电流信息对永磁同步电机实现闭环控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、采用全阶位置观测器得到永磁同步电机的估计转速和估计位置信息，将估计转速和估计位置信息输入到永磁同步电机矢量控制系统的调节器中进行矢量控制；步骤二、当检测到某一相电流传感器发生故障后，采用电流误差重构环节根据测量到的相电流误差得到电流空间矢量误差，将所述电流空间矢量误差进行投影得到重构相电流误差；步骤三、电流滑模观测器根据重构相电流误差、相电流误差、估计转速、电流调节器输出的α轴电压和β轴电压，得到电机的α轴电流估计值和β轴电流估计值；步骤四、α轴电流估计值和β轴电流估计值通过park变换得到d轴电流估计值和q轴电流估计值作为测量电流信息，采用该电流信息对永磁同步电机实现闭环控制。2.根据权利要求1所述一种基于电流空间矢量误差投影作校正的无位置传感器驱动系统电流传感器容错方法，其特征在于，步骤一中，采用全阶位置观测器得到永磁同步电机的转速与位置信息的具体过程为：当电机运行于中高速区间时，选取状态变量X＝[iαiβeαeβ]T、输出变量y＝[iαiβ]T和输入量u＝[uαuβ00]T构建全阶位置观测器的状态方程为：式中，eα为α轴的扩展反电动势，eβ为β轴的扩展反电动势，iα为α轴电流，iβ为β轴电流，为估计α轴电流，为估计β轴电流，uα为α轴电压，uβ为β轴电压，Rs为定子电阻，Ld为直轴电感，Lq为交轴电感，为电机的估计转速，k，m均为正常数；根据全阶位置观测器的状态方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高林，周洪雷，张国强，李成睿，王奇维，赵楠楠，徐殿国，
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