一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，具体为：首先确定变桨永磁同步电机的初始参数，在零速和低速情况下，采用脉振高频电压注入法，得到关于估计转子位置角与实际转子位置角之间的估计偏差角的函数，通过适当的调节位置观测器比例积分参数，控制估计偏差角趋于零得到转子转速和转子位置角。当速度达到中高速以后，采用模型参考自适应算法，将电机本体作为参考模型，以dq轴坐标系下的电机方程作为可调模型，根据波波夫超稳定性理论得到自适应律。该方法解决了变桨永磁同步电机编码器故障的问题，提高变桨系统的可靠性，脉振高频电压注入法和模型参考自适应算法相互补充，进一步提高变桨系统的可靠性。

A position sensorless control method for total speed range of paddle permanent magnet synchronous motor

The invention discloses a variable pitch permanent magnet synchronous motor speed range without position sensor control method, in particular: the initial pitch parameters of permanent magnet synchronous motor is determined first, at zero speed and low speed conditions, using fluctuating high frequency voltage injection method, a function estimation of rotor position estimation error between the actual rotor angle and the angular position, adjust the position of observer proportional integral parameters through appropriate control, estimation of deviation angle tends to zero by the rotor speed and the rotor position angle. When the speed reaches the middle and high speed, the model reference adaptive algorithm is adopted, taking the motor body as a reference model, and the motor equation in the DQ axis coordinate system as the adjustable model, and the adaptive law is obtained based on Popov's super stability theory. This method solves the problem of encoder failure of the variable pitch permanent magnet synchronous motor, improves the reliability of the pitch control system, and pulsation high frequency voltage injection method and model reference adaptive algorithm complement each other, further improving the reliability of the pitch control system.

【技术实现步骤摘要】
一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法
本专利技术属于电机控制
，尤其涉及了一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法。
技术介绍
永磁同步电机具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩/惯量比较大、效率比较高等优点，在高性能机床控制、位置控制以及风力发电领域得到了广泛应用。其中高性能中高等功率永磁同步电机由于其输出功率高、调节精度高、动态性和可靠性高的优势，在国内2MW低风速及以上的大容量风力发电机电动型变桨系统中，得到越来越多的应用。当前，变桨系统的功率等级在不断提高的同时对控制系统可靠性的要求也越来越高。变桨永磁同步电机是整个风力发电机组的重要组成部分，其传感器故障将造成变桨的失败，影响整个机组的正常运行，解决该问题的方法是采用无位置传感器控制，提高整个机组的可靠性。本专利技术考虑到变桨永磁同步电机实际运行的需要，变桨永磁同步电机需要在静止、低速和中高速都要实现无位置传感器控制。对于静止、低速时的位置检测，本文采用脉振高频电压注入法；电机旋转到中高速时，采用模型参考自适应算法从而实现变桨永磁同步电机在全速范围的无位置传感器控制，提高变桨系统的可靠性。脉振高频电压注入法和模型参考自适应算法相互结合，不仅解决了模型参考自适应算法在启动和低速情况下误差增大的问题，而且解决了脉振高频电压注入法在中高速情况下估计值与实际值误差增大的问题，进一步提高变桨系统的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，解决变桨永磁同步电机位置传感器故障造成变桨失败的问题，提高整个变桨控制系统的可靠性，且本专利技术不仅适用于高性能中高等功率永磁同步电机全速范围无位置传感器控制，同时还适用于小功率的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：1)确定变桨永磁同步电机的初始参数，包括电机定子电阻Rs，转子同步旋转坐标系d轴电感Ld，转子同步旋转坐标系q轴电感Lq以及转子永磁体磁链2)在估计转子同步旋转坐标系的轴上注入脉振高频余弦电压信号Uicos(ωit)，即注入信号为：式中分别为估计转子同步旋转坐标系下的轴电压高频分量，Ui为注入高频信号的幅值，ωi为注入高频信号的角频率；3)注入的高频电压信号在估计转子同步旋转坐标系和轴分别产生一个高频电流响应，经过低通滤波器LPF与给定的和轴的电流完成两个电流环调节，同时在轴产生的高频电流响应经过带通滤波器BPF得到4)步骤3)中的与调制信号sin(ωit)相乘，再经低通滤波器后得到关于估计转子位置角与实际转子位置角之间的估计偏差角Δθ的函数F(Δθ)；5)步骤4)中得到F(Δθ)函数通过调节位置观测器比例积分参数(由PI调节器和积分器组成)分别得到估计转子转速和估计转子位置角估计转子转速与给定速度完成速度环调节，估计转子位置角用于坐标变换；6)循环步骤2)-5)，直到速度达到200rpm；7)速度达到200rpm后，利用模型参考自适应算法控制电机，利用步骤5)中得到的估计转子位置角对电机的三相电压与三相电流分别进行初次坐标变换，得到转子同步旋转坐标系的d轴电压ud和q轴电压uq以及d轴电流id和q轴电流iq；8)步骤7)坐标变换将得到的ud，uq放入并联可调模型中得到d轴估计电流和q轴估计电流9)将步骤7)、8)中的id，iq，放入波波夫自适应定律中得到估计转子转速10)将步骤9)中得到的估计转子转速进行积分运算得到估计转子位置角11)循环步骤7)-10)，通过模型参考自适应算法将电机速度调制到额定速度。本专利技术进一步包括以下优选方案：在步骤2)中，在转子同步旋转坐标系下，永磁同步电机模型简化为：其中，udi，uqi和idi、iqi分别为转子同步旋转坐标系d、q轴电压分量和电流分量。在步骤3)中，轴产生的高频电流响应经过带通滤波器BPF提取信号，具体为：其中L＝(Ld+Lq)/2；ΔL＝(Lq-Ld)/2；Δθ为实际转子同步旋转坐标系超前估计转子同步旋转坐标系的角度，即为估计偏差角。在步骤4)中，关于估计转子位置角与实际转子位置角之间的估计偏差角Δθ的函数为：其中L＝(Ld+Lq)/2；ΔL＝(Lq-Ld)/2。在步骤6)中，变桨永磁同步电机转速200rpm是脉振高频电压注入法与模型参考自适应算法切换控制电机的分界点。在步骤7)中，电机本体作为参考模型，转子同步旋转坐标系下的电机方程作为可调模型，在估计转子同步旋转坐标系下，永磁同步电机并联可调模型为：在步骤7)中，波波夫超稳定性理论作为自适应律，根据波波夫超稳定性理论得到自适应律为：其中，Kp，Ki为模型参考自适应算法中PI调节器的参数。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益的技术效果：本专利技术解决变桨永磁同步电机传感器故障造成变桨失败的问题，提高整个变桨控制系统的可靠性；脉振高频电压注入法和模型参考自适应算法相互结合，不仅解决了模型参考自适应算法在启动和低速情况下误差增大的问题，而且解决了脉振高频电压注入法在中高速情况下估计值与实际值误差增大的问题，进一步提高变桨系统的可靠性；本专利技术不仅适用于高性能中高等功率永磁同步电机全速范围无位置传感器控制，同时还适用于小功率的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制。附图说明图1为本专利技术变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法流程图；图2为脉振高频注入法控制变桨永磁同步电机原理框图；图3为估计转子同步旋转坐标系与实际转子同步旋转坐标系之间的位置关系图；图4为模型参考自适应算法控制变桨永磁同步电机原理框图；图5为模型参考自适应系统组成图。具体实施方式下面通过附图对本专利技术作进一步的详细说明：附图1是本专利技术一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法流程图，在确定了电机的初始参数以后，200rmp以下，脉振高频电压注入法控制电机运行，速度达到200rmp以后，模型参考自适应算法控制电机，将电机调速到额定速度，具体步骤为：1)通过电机离线参数辨识确定变桨永磁同步电机的初始参数，包括电机定子电阻Rs，转子同步旋转坐标系d轴电感Ld，转子同步旋转坐标系q轴电感Lq以及转子永磁体磁链作为脉振高频电压注入法和模型参考自适应算法的输入量；2)如附图2所示：在估计转子同步旋转坐标系的轴上注入脉振高频余弦电压信号Uicos(ωit)，即注入信号为：式中分别为估计转子同步旋转坐标系下的轴电压高频分量，Ui为注入高频信号的幅值，ωi为注入高频信号的角频率；3)如附图2所示：注入的高频电压信号经过Park逆变换、SVPWM逆变器、Clark变换以及Park变换在估计转子同步旋转坐标系和轴分别产生一个高频电流响应idi和iqi，idi和iqi经过低通滤波器LPF与给定的和轴的电流完成两个电流环调节，同时估计转子同步旋转坐标系轴的电流分量iqi经过带通滤波器BPF滤波后得到具体表达式为：其中L＝(Ld+Lq)/2；ΔL＝(Lq-Ld)/2；Δθ为估计转子位置角与实际转子位置角之间的估计偏差角，估计转子同步旋转坐标系与实际转子同步旋转坐标系之间的位置关系如附图3所示，θ为实际转子位置角，为估计转子位置角，dq为实际转子坐标轴，为估计转子坐标轴；4)如附图2所示：与调制信号sin(ωit)相乘，再经低通滤波器后得到关于估计偏差角Δθ的函数F(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)确定变桨永磁同步电机的初始参数，包括电机定子电阻Rs，转子同步旋转坐标系d轴电感Ld，转子同步旋转坐标系q轴电感Lq以及转子永磁体磁链

【技术特征摘要】
1.一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)确定变桨永磁同步电机的初始参数，包括电机定子电阻Rs，转子同步旋转坐标系d轴电感Ld，转子同步旋转坐标系q轴电感Lq以及转子永磁体磁链2)在估计转子同步旋转坐标系的轴上注入脉振高频余弦电压信号Uicos(ωit)，即注入信号为：式中分别为估计转子同步旋转坐标系下的轴电压高频分量，Ui为注入高频信号的幅值，ωi为注入高频信号的角频率；3)注入的高频电压信号在估计转子同步旋转坐标系和轴分别产生一个高频电流响应，经过低通滤波器LPF与给定的和轴的电流完成两个电流环调节，同时在轴产生的高频电流响应经过带通滤波器BPF得到4)步骤3)中的与调制信号sin(ωit)相乘，再经低通滤波器后得到关于估计转子位置角与实际转子位置角之间的估计偏差角Δθ的函数F(Δθ)；5)步骤4)中得到F(Δθ)函数通过调节位置观测器参数(由PI调节器和积分器组成)分别得到估计转子转速和估计转子位置角估计转子转速与给定速度完成速度环调节，估计转子位置角用于坐标变换；6)循环步骤2)-5)，直到速度达到200rpm；7)速度达到200rpm后，利用模型参考自适应算法控制电机，利用步骤5)中得到的估计转子位置角对电机的三相电压与三相电流分别进行初次坐标变换，得到转子同步旋转坐标系的d轴电压ud和q轴电压uq以及d轴电流id和q轴电流iq；8)步骤7)坐标变换将得到的ud，uq放入并联可调模型中得到d轴估计电流和q轴估计电流9)将步骤7)、8)中的id，iq，放入波波夫自适应定律中得到估计转子转速10)将步骤9)中得到的估计转子转速进行积分运算得到估计转子位置角11)循环步骤7)-10)，通过模型参考自适应算法将电机速度调制到额定速度。2.根据权利要求1所述的一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，其特征在于：在步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国荣，赵丹丹，黄哲，王畅，孟薇，高巧梅，
申请(专利权)人：固安华电天仁控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13