永磁同步电机转子位置角度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永磁同步电机转子位置角度的控制方法及控制方法，所述的控制方法为建立滑模模型，得到位置角估计方程。通过采集永磁同步电机定子电流信号，可以有效进行转子位置的计算，实现无传感器设置，而且，在采集电流和电压后输入保护电路，利用硬件上实现额外的保护，其中，保护电路10与控制器电连接或者将保护信号直接输入到PWM驱动模块9中，控制PWM信号的使能，一旦出现故障信号，便直接封锁PWM信号，实现硬件保护功能，采用直接驱动的方式，减少控制板故障干扰中断的可能。

Control method and control system for rotor position angle of permanent magnet synchronous motor

The invention discloses a control method and control method for the rotor position angle of permanent magnet synchronous motor. The control method is to establish a sliding mode model and obtain the position angle estimation equation. By collecting the stator current signal of the permanent magnet synchronous motor, the rotor position can be effectively calculated, the sensor setting is realized, and the protection circuit is input after the current and voltage is collected, and the extra protection is realized on the hardware, in which the protection circuit 10 is electrically connected with the controller, or the protection signal is directly input to the PWM In the driving module 9, the power of the PWM signal is controlled. Once the fault signal occurs, the PWM signal is blocked directly to realize the hardware protection function, and the possibility of the interruption of the control board fault is reduced by using the direct drive mode.

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机转子位置角度的控制方法及控制系统
本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种永磁同步电机转子位置角度的控制方法及控制系统。
技术介绍
交流永磁同步电机由于其高效的能量利用率、优良的机械性能等优点，在工业控制、航空航天等诸多领域获得了广泛的应用。永磁同步电机通常采用矢量控制的方式，该方式需要时刻检测转子位置角度用于运算控制，转子位置角度一般采用机械式位置传感器获得，但机械传感器的存在增加了电机的体积和成本，降低了系统的可靠性，也限制了在一些特殊场合的推广应用。而且现有的逻辑控制中主要依靠软件进行保护，当软件出现问题时则容易产生此生灾害。滑模观测器是一种利用电机定子参数、电流电压等电气信息，观测电机反电势，通过反电势得到电机转子位置角度的软件算法，该算法具有鲁棒性强、控制简单、易于工程实现的优点。由于滑模观测器中存在抖振现象，需要对观测结果进行低通滤波才可得到反电势，但在消除抖振的同时，被观测信号也将产生相位滞后，影响了检测精度，。
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，提供一种永磁同步电机转子位置角度的控制系统。本专利技术的另一个目的是，提供一种永磁同步电机转子位置角度的控制系统的控制方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种永磁同步电机转子位置角度的控制方法，包括以下步骤，建立滑模模型，得到位置角估计方程式中为估算的电机α、β轴反电势；za,zβ为α、β轴滑模等效控制函数；为估算的电机转子位置角；ωc为低通滤波器的截止频率。在上述技术方案中，还包括对上述位置角进行偏移角补偿的步骤，所述的偏移角计算方法为采用速度参考值ω*代替实际速度ω，截止频率ωc选择速度参考值ω*的N倍。在上述技术方案中，若速度参考值ω*远大于当前速度ω，采用分段策略逐步使当前速度ω接近速度参考值ω*；使速度参考值与当前速度值保持一定差值，直到与最终参考值ω*一致。在上述技术方案中，永磁同步电机采用无传感器控制方式时，当电机转速达到一定转速ωq时，需要切换到转速电流双闭环的方式，在控制方式切换前，滤波器截止频率固定为切换速度ωq的N倍。在上述技术方案中，转速达到其额定转速20％以上时再进行所述的偏移角补偿。在上述技术方案中，PMSM在α-β坐标系下的电压方程表示为：式中is为定子电流，is＝(iα,iβ)T；us为定子电压，us＝(uα,uβ)T；Es为电机反电动势，Es＝(Eα,Eβ)T；A为系数矩阵，A＝(-Rs/Ls)I；B为系数矩阵，B＝(1/Ls)I；I为单位矩阵；Rs为定子电阻；Ls为定子电感；由于PMSM的电气时间常数非常小，把反电势看成系统的扰动量，得到的滑模观测器方程如下：式中为定子电流估计值，K为K＝k.I，其中k为滑模增益；式(1)、(2)相减便可获得电机的电流观测误差方程:式中为滑模平面；如果满足条件sT.s＜0，则观测器将进入滑模状态，此时有定义等效控制：为保证式(4)的收敛性，滑模增益k需满足k＞max(|eα|,|eβ|)；由于Z变量中含有反电动势信息，对其滤波后再反正切变换便可获得位置角的估计值。在上述技术方案中，包括整流桥、逆变桥、PWM驱动模块，控制板，输出与控制板电连接的用以检测整流桥输出电压的直流电压检测电路，输出与控制板电连接的用以检测永磁同步电机定子电流的电流检测电路，以及与所述的直流电压检测电路的输出及电流检测电路的输出连接的保护电路，所述的保护电路的输出分别与控制板和PWM驱动模块连接。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，在所述的充电电阻上并接有直流接触器，所述的直流接触器由控制板驱动导通或断开。在上述技术方案中，电压采样模块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；电流采样模块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，所述的第二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，所述的保护信号电路包括正极分别所述的第一运算放大器或第三运算放大器的输出的比较器，所述的负极分别与参考电压和参考电流连接，两输入端与所述的两个比较器的输出连接的与或门，以及与所述的与或门的输出连接的反相器，所述的反相器的输出端连接至PWM驱动模块。在上述技术方案中，所述的主保护电路包括基极与所述的反相器的输出端的三极管，所述的三极管的发射极接地，继电极串联对应线圈后接正电源，以及与所述的线圈并接且负极与正电源连接的二极管。本专利技术的优点和有益效果为：根据前文所述的改进滑模观测器方法，本专利技术利用DSP28335控制板进行了软件编程，实现了上述控制算法,并进行了电机试验，试验结果表明，采用改进的滑模观测器算法有效提高了转子位置角度的检测精度，变频器的功率因数也得到了进一步的提高。通过采集永磁同步电机定子电流信号，可以有效进行转子位置的计算，实现无传感器设置，而且，在采集电流和电压后输入保护电路，利用硬件上实现额外的保护，其中，保护电路10与控制器电连接或者将保护信号直接输入到PWM驱动模块9中，控制PWM信号的使能，一旦出现故障信号，便直接封锁PWM信号，实现硬件保护功能，采用直接驱动的方式，减少控制板故障干扰中断的可能。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为直流电压采集电路图；图5为电流采集电路图；图6为保护电路图；图7改进滑模观测器算法流程图。其中：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5、触摸屏6、DSP控制板7、直流电压检测电路8、电流检测电路9、PWM驱动模块10、保护电路11、充电电阻12、直流接触器13、母线电容14、第一运算放大器15、第二运算放大器16、第三运算放大器17、比较器18、比较器19、或门20、反相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。实施例一一种永磁同步电机转子位置角度的控制系统，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、以及输出端ABC三相与永磁同步电机4对应连通的三相逆变桥3，以及PWM驱动模块9和DSP控制板9，以及分别与控制板电连接的用以检测整流桥输出电压的直流电压检测电路7，用以检测永磁同步电机定子电流的电流检测电路8，以及保护电路10，所述的保护电路10的输入接所述的直流电压检测电路的输出及电流检测电路的输出，所述的保护电路的输出分别与控制板和PWM驱动模块连接。通过采集永磁同步电机定子电流信号，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机转子位置角度的控制方法，其特征在于，建立滑模模型，得到位置角估计方程

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转子位置角度的控制方法，其特征在于，建立滑模模型，得到位置角估计方程式中为估算的电机α、β轴反电势；za,zβ为α、β轴滑模等效控制函数；为估算的电机转子位置角；ωc为低通滤波器的截止频率。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括对上述位置角进行偏移角补偿的步骤，所述的偏移角计算方法为采用速度参考值ω*代替实际速度ω，截止频率ωc选择速度参考值ω*的N倍。3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若速度参考值ω*远大于当前速度ω，采用分段策略逐步使当前速度ω接近速度参考值ω*；使速度参考值与当前速度值保持一定差值，直到与最终参考值ω*一致。4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，永磁同步电机采用无传感器控制方式时，当电机转速达到一定转速ωq时，需要切换到转速电流双闭环的方式，在控制方式切换前，滤波器截止频率固定为切换速度ωq的N倍。5.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，转速达到其额定转速20％以上时再进行所述的偏移角补偿。6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，PMSM在α-β坐标系下的电压方程表示为：式中is为定子电流，is＝(iα,iβ)T；us为定子电压，us＝(uα,uβ)T；Es为电机反电动势，Es＝(Eα,Eβ)T；A为系数矩阵，A＝(-Rs/Ls)I；B为系数矩阵，B＝(1/Ls)I；I为单位矩阵；Rs为定子电阻；Ls为定子电感；由于PMSM的电气时间常数非常小，把反电势看成系统的扰动量，得到的滑模观测器方程如下：式中为定子电流估计值，K为K＝k.I，其中k为滑模增益；式(1)、(2)相减便可获得电机的电流观测误差方程:式中为滑模平面；如果满足条件sT.s＜0，则观测器将进入滑模状态，此时有定义等效控制：为保证式(4)的收敛性，滑模增益k需满足k＞max(|eα|,|eβ|)；由于Z变量中含有反电动势信息，对其滤波后再反正切变换便可获得位置角的估计值。7.一种实现如权利要求1-6任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振，赵武玲，赵楠，彭树文，高亚男，姚广，任祥正，岳金磊，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