无传感器式永磁同步电机的控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无传感器式永磁同步电机的控制方法及控制系统，所述的控制方法包括以下步骤，1)电机采用I‑F矢量控制方式启动时，励磁电流设置为0，转矩电流设置为定值I，用软件生成模拟角度代替真实的转子角度进行矢量控制；2)设定转速后，进入切换阶段，此时控制电流的值线性规律下降，并实时计算转子角度与模拟角度之间的差值，根永磁同步电机的功角自平衡原理，随着电流值的减小，电机转矩小于负载转矩，为保持电机同步旋转，角度差值在功角调整过程中会不断减小，直到达到新的转矩平衡，当模拟角度逐渐逼近转子真实角度时，为零或小于设定范围时，便可切换至转速电流双环的控制方式。

【技术实现步骤摘要】
无传感器式永磁同步电机的控制方法及控制系统
本专利技术属于交流永磁同步电机控制
，具体涉及一种无传感器式永磁同步电机的控制方法及控制系统。
技术介绍
永磁同步电机具有能量密度高、寿命长、无污染、易于维护等优点，在工业控制、能源交通、军事装备等领域获得了广泛的应用。永磁同步电机控制系统的主电路通常由二极管整流器和逆变器构成，当发生故障或异常情况时，一般通过软件封锁PWM(脉宽调制)信号，控制PWM模块关闭驱动信号，停止逆变器运行的方式进行保护，该种方式适用于大多数故障情况，不过单一的软件保护方式严重依然控制电路的正常运行，一旦控制电路失效，便无法正常工作，同时软件保护方式缺乏对于主电路器件的保护，因此必须设计一种无传感器式永磁同步电机控制系统。而且，现有的永磁同步电机故障时电机控制系统的主电路输入、输出开关没有断开，由于只是停止逆变器的运行，二极管整流器不受控制，因此整流输出的直流电压一直存在。同时由于电网输入开关一直未断开，一旦PWM驱动模块受外界干扰，造成逆变器单桥臂导通，会导致直流母线短路、可控硅炸裂等极端情况出现，严重危及上级电网以及调试人员的安全；若电机控制系统的功率较大，带大转动惯量、高转速电机时，一旦出现故障，即使电机控制系统输入断开、逆变器停止运行，由于输出开关未断开，大转动惯量电机又高速运行，造成电机反电势“反灌”到二极管整流器的直流侧，导致直流电压升高，甚至击穿电机控制系统的可控硅模块。现在很多永磁同步电机都采用无位置传感器的控制方式，虽然降低了电机成本和安装难度，提高了系统的可靠性，但是在电机控制方式切换时需要采取切换方法进行切换，防止切换过程中电机转矩不平衡，冲击电流过大，不过由于电机电气参数差异较大，不同的电机切换时必须进行切换参数的调整，增加了调试时间和精力，甚至参数反复调整后电机依然无法切换成功，因此为解决该问题，必须设计一种通用的电机切换方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无传感器式永磁同步电机控制方法，保证不同参数的电机都能顺利切换。同时提供了无传感器式永磁同步电机的控制系统，其完善了电机控制系统的保护功能，能够更好的保障电机控制系统的运行以及调试人员的安全。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种无传感器式永磁同步电机的控制方法，包括以下步骤，1)电机采用I-F矢量控制方式启动时，励磁电流id设置为0，转矩电流iq设置为定值I，用软件生成模拟角度θ'代替真实的转子角度θ进行矢量控制；2)设定转速后，进入切换阶段，此时控制电流iq的值线性规律下降，并实时计算转子角度θ与模拟角度θ'之间的差值Δθ，根永磁同步电机的功角自平衡原理，随着电流iq值的减小，电机转矩小于负载转矩，为保持电机同步旋转，角度差值Δθ在功角调整过程中会不断减小，直到达到新的转矩平衡，当模拟角度θ'逐渐逼近转子真实角度θ时，Δθ为零或小于设定范围时，便可切换至转速电流双环的控制方式。在上述技术方案中，在电机启动阶段和切换阶段，增加励磁电流，增强电机磁场，通过调节电流id值便可扩大电机的功角调整范围，改进后的工作区间为[-π/2+θe,π/2+θe]，其中θe＝arctan(id/iq)，同时电机完成控制方式切换后，逐渐将励磁电流id的值降为零。一种用以实现所述的控制方法的无传感器式永磁同步电机控制系统，包括整流桥、逆变桥、PWM驱动模块、控制板，分别与所述的控制板电连结的电流检测电路和电压检测电路、以及与受所述的控制板驱动实现整流桥三相电源输入和永磁同步电机驱动电源输入通断的输入接触器和输出接触器。在上述技术方案中，所述的电流检测电路、电压检测电路的输出分别与控制板电连接以实现对应电连接。在上述技术方案中，在所述的逆变桥的两输入端间串接有制动电阻，所述的制动电阻一端串接有受所述的控制板输出驱动的制动接触器。在上述技术方案中，所述的输入接触器和输出接触器包括对应串接在各相输入上的常闭式触点以及对应的线圈，所述的制动接触器包括对应串接在制动电阻回路上的常开式触点以及对应的线圈。在上述技术方案中，所述的整流桥的正极输出串接充电电阻后接入三相逆变桥的输入端，所述的充电电阻并接有由控制板驱动的直流接触器。在上述技术方案中，电压检测电路用以采集整流器输出电压，其包括正极和负极输入端与电压采集端的第一运算放大器、所述的第一运算放大器的输出经信号调整单元后连接至信号处理模块，同时，所述的第一运算放大器的输出经电阻R4与输入端连接；电流检测电路用以采集整流器输出电流，其包括设置在负极输出的互感器，正极和负极对应与所述的互感器两端对应电连接的第二运算放大器、同时，所述的第而运算放大器的输出经电阻R8与输入端连接，所述的第二运算放大器的输出经电阻R10后接入第三运算放大器的正极，所述的第三运算放大器的输出与负极连通，所述的第三运算放大器的输出经信号调整单元后连接至信号处理模块；所述的信号调整单元包括两个依次正极和负极连通的二极管，所述的二极管的负极接正电压，正极接地，所述的第一运算放大器或第三运算放大器的输出与两二极管间电连通。在上述技术方案中，所述的整流桥为二极管整流桥。在上述技术方案中，包括与所述的控制板通讯连接的触摸屏。本专利技术的优点和有益效果为：利用DSP28335控制板进行了软件编程，实现了上述控制算法,在该切换方法控制下，永磁同步电机切换过程中无电流冲击，可以顺利切换至转速电流双闭环的矢量控制方式，该切换方法快捷有效，切换过程不需要任何参数调整，而且通用性强、适应范围广适用于绝大部分永磁同步电机。无传感器式永磁同步电机控制系统，通过对信号的采集，利用输入接触器和输出接触器，实现输入输出的物理断开，故障时能立刻断开输入、输出接触器，永磁同步电机控制系统的主电路保护装置，进一步加强了对电机控制系统的保护，并将直流电容剩余的直流电压通过制动电阻释放出去，能够有效保障上级电网、电机控制系统、电机以及试验人员的安全。附图说明图1为永磁同步电机控制系统结构图；图2为二极管整流桥内部结构图；图3为三相逆变桥内部结构图；图4为电压采集电路图；图5为电流采集电路图。图6a、6b、6c为输入接触器、输出接触器及制动接触器的控制电路图；图7a、7b永磁同步电机切换控制算法流程图。1、三相交流电源2、二极管整流器3、三相逆变桥4、永磁同步电机7、PWM驱动模块8、电流检测电路6、DSP控制板10、触摸屏11、电压检测电路12、输入接触器13、直流接触器14、充电电阻15、母线电容16、制动接触器17、制动电阻18、输出接触器19、第一运算放大器20、第二运算放大器21、第三运算放大器对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。实施例一一种无传感器式永磁同步电机控制系统，所述的永磁同步单机控制电路包括输入端与三相交流电1的UVW三相对应接通的整流桥2、输出端ABC三相与永磁同步电机4对应连通的三相逆变桥3，PWM驱动模块7，电流检测电路8、电压检测电路11、以及受控制板6驱动实现整流桥三相电源输入和永磁同步电机驱动电源输入通断的输入接触器12和输出接触器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无传感器式永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，1)电机采用I‑F矢量控制方式启动时，励磁电流id设置为0，转矩电流iq设置为定值I，用软件生成模拟角度θ'代替真实的转子角度θ进行矢量控制；2)设定转速后，进入切换阶段，此时控制电流iq的值线性规律下降，并实时计算转子角度θ与模拟角度θ'之间的差值Δθ，根永磁同步电机的功角自平衡原理，随着电流iq值的减小，电机转矩小于负载转矩，为保持电机同步旋转，角度差值Δθ在功角调整过程中会不断减小，直到达到新的转矩平衡，当模拟角度θ'逐渐逼近转子真实角度θ时，Δθ为零或小于设定范围时，便可切换至转速电流双环的控制方式。

【技术特征摘要】
1.一种无传感器式永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，1)电机采用I-F矢量控制方式启动时，励磁电流id设置为0，转矩电流iq设置为定值I，用软件生成模拟角度θ'代替真实的转子角度θ进行矢量控制；2)设定转速后，进入切换阶段，此时控制电流iq的值线性规律下降，并实时计算转子角度θ与模拟角度θ'之间的差值Δθ，根永磁同步电机的功角自平衡原理，随着电流iq值的减小，电机转矩小于负载转矩，为保持电机同步旋转，角度差值Δθ在功角调整过程中会不断减小，直到达到新的转矩平衡，当模拟角度θ'逐渐逼近转子真实角度θ时，Δθ为零或小于设定范围时，便可切换至转速电流双环的控制方式。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在电机启动阶段和切换阶段，增加励磁电流，增强电机磁场，通过调节电流id值便可扩大电机的功角调整范围，改进后的工作区间为[-π/2+θe,π/2+θe]，其中θe＝arctan(id/iq)，同时电机完成控制方式切换后，逐渐将励磁电流id的值降为零。3.一种用以实现所述的控制方法的无传感器式永磁同步电机控制系统，其特征在于：包括整流桥、逆变桥、PWM驱动模块、控制板，分别与所述的控制板电连结的电流检测电路和电压检测电路、以及与受所述的控制板驱动实现整流桥三相电源输入和永磁同步电机驱动电源输入通断的输入接触器和输出接触器。4.根据权利要求3所述的一种无传感器式永磁同步电机控制系统，其特征在于：所述的电流检测电路、电压检测电路的输出分别与控制板电连接以实现对应电连接。5.根据权利要求3所述的一种无传感器式永磁同步电机控制系统，其特征在于：在所述的逆变桥的两输入端间串接有制动电阻，所述的制动电阻一端串...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振，赵武玲，姚广，彭树文，高亚男，任祥正，岳金磊，赵楠，张楠，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：天津,12