用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其包括以下步骤：检测所述永磁式同步电机侧实际运行时产生的电枢三相电流；基于所述电枢三相电流和转子速度的估计值通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计；基于所述电枢三相电流和估计转子角速度采用改进的模型参考自适应系统对转子磁链和定子电阻进行不断地修正和估计；基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压；基于所述前馈定子电压来控制所述永磁式同步电机的逆变器的输出，以进行所述电机的转矩控制。

【技术实现步骤摘要】
用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制装置
本专利技术涉及电机控制领域，具体说涉及用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制装置。
技术介绍
永磁式同步电机PMSM(PermanentMagnetSynchronousMotor，简称PMSM)的工作原理是，定子的三相绕组中通入三相对称电流，转子则由永磁体产生基本恒定的静止磁场。在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转。在设计永磁式同步电机驱动系统PMSM时，系统的转矩变化率可按照线性曲线和非线性曲线进行控制。通常大多选择线性曲线，线性曲线一般是将转矩变化率设置为时间的函数，如图1所示。线性函数关系处理起来比较简单，但是系统加速性偏慢，很难满足系统在快速起步、快速加速和有效能量回馈。而非线性曲线的种类很多，但大多处理过程复杂计算量过大，系统响应特性较差。由于永磁式同步电机PMSM的控制工况复杂，环境恶劣，当设定电流较大，且处于深度弱磁时，如果转矩变化率太快，很容易导致实际电流无法跟踪设定电流，使电流调节器迅速饱和，导致电流失控。一旦电流失控，电机及其控制器将有可能出现超速、过流、直流母线电压升高等故障。因此，永磁式同步电机PMSM的稳态控制一直是本领域研究的重点。无速度传感器控制技术的发展始于常规带速度传感器的传动控制系统，解决问题的出发点是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。重要的方面是如何准确地获取转速的信息，且保持较高的控制精度，满足实时控制的要求。无速度传感器的控制系统无需检测硬件，免去了速度传感器带来的种种麻烦，提高了系统的可靠性，降低了系统的成本；而另一方面，由于不使用检测元件，因此使得系统的体积小、重量轻，而且减少了电机与控制器的连线，使得采用无速度传感器的异步电机的调速系统在工程中的应用广泛。然而，在大多数基于反电动势的无传感器的控制中，同步电机的稳态模型只是作为参考。因此，在低速区里，当参数或负载条件有变化时，系统不能保持稳态。由于定子电阻和转子磁链随着温度的变动而变化，无传感器系统在低速运转时，需要防止磁的饱和与老化、保持系统的鲁棒性和精准地估算参数的值。在定子前馈电压估计法中，针对永磁同步电机在旋转dq坐标系中的电压电流关系模型，在稳态时采用近似线性化方法，基于电机参数和电流给定值估计出用于前馈控制的定子电压。方程描述如下：然而，定子前馈电压估计依赖于电机参数，在低速时系统对多个参数的变化非常敏感，因而容易引起振动。还可以通过采用滑模观测器来对系统的参数进行状态估计。滑模观测器是指根据系统的外部变量(输入变量和输出变量)的实测值得出状态变量估计值的一类动态系统，也称为状态重构器。然而，采用滑模观测器的系统的扰动估计噪声比较大，在实际应用时需要增加额外的滤波器。因此，目前需要提供一种在电机尤其是处于低速情况下用于驱动永磁同步电机的无传感器控制系统仍然具有很高的稳定性能的技术方案。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，所述方法包括以下步骤：检测所述永磁式同步电机侧实际运行时产生的电枢三相电流；基于所述电枢三相电流和转子速度的估计值通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计；基于所述电枢三相电流和估计转子角速度采用改进的模型参考自适应系统(ModelReferenceAdaptiveSystem，简称为MRAS)对转子磁链和定子电阻进行不断地修正和估计；基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压；基于所述前馈定子电压来控制所述永磁式同步电机的逆变器的输出，以进行所述电机的转矩控制。根据本专利技术的一个实施例，优选的是，在基于所述电枢三相电流通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计的步骤中，还包括以下子步骤：将估计输出的所述转子电角速度的值进行低通滤波后作为所述转子速度的估计值反馈到所述类锁相环的输入；将设定的转子速度和所述转子速度的估计值一起作为输入进行第一次比例积分调节形成q轴给定电流；将所述q轴给定电流与实际检测到的q轴实际电流进行差分后得到误差分量，对所述误差分量继续进行第二次比例积分调节以得到所述电子角速度的估计值。根据本专利技术的一个实施例，在用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法中，所述改进的模型参考自适应系统的方程由前馈线性模型和非线性反馈分量组成：其中，Rs和是所述定子电阻的估计值和所述转子磁链的估计值，其作为所述模型参考自适应模型MRAS的输出在所述自适应模型MRAS中不断更新，使得估计的d轴电流id和q轴电流iq值分别是：其中，G是观测增益矩阵，G1和G2是G矩阵的系数，它保证前馈线性模型是正实数。在本专利技术的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法中，优选的是，在类锁相环的转速估计过程中，q轴给定电流和q轴实际电流之间的误差校正量通过以下数学模型表示：通过同时求解所述非线性反馈分量和前馈线性模型来获得所述误差校正量，在所述误差校正量数学模型中，Rs和的自适应方程如下：其中分别为估计电阻的比例调节系数、估计电阻的积分器调节系数、估计转子磁链的比例调节系数、转子磁链的积分器调节系数、初始估计定子电阻和转子磁链。在本专利技术的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，优选的是，在基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压的步骤中，所述前馈定子电压通过以下改进的前馈定子电压方程得到：其中，ΔV是针对d轴给定电流经过比例积分调节的输出，ωe，表示点角速度是针对q轴给定电流的比例积分调节的输出。根据本专利技术的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，优选的是，在[0.01-1]范围内选择比例积分调节器的参数以消除最小化稳态误差。根据本专利技术的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，优选的是，在所述模型参考自适应系统中，通过对所述转子磁链的估计值、所述定子电阻进行一阶滤波，以抑制所述转子磁链估计值的升高和减小由所述定子电阻估计引起的畸变。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制装置，所述装置包括：检测单元，其用以检测所述永磁式同步电机侧实际运行时产生的电枢三相电流；类锁相环转子电角速度估计单元，其用以基于所述电枢三相电流和转子速度的估计值通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计；模型参考自适应MRAS估计单元，其用以基于所述电枢三相电流和估计转子角速度采用改进的模型参考自适应系统对转子磁链和定子电阻进行不断地修正和估计；前馈定子电压估计单元，其用以基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压；控制输出单元，其用以基于所述前馈定子电压来控制所述永磁式同步电机的逆变器的输出，以进行所述电机的转矩控制。本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的模型参考自适应方法可以减少由于定子前馈电压估计法驱动的PMSM中参数变动的不利影响，同时采用类似锁相环的速度估计法消除了转速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：检测所述永磁式同步电机侧实际运行时产生的电枢三相电流；基于所述电枢三相电流和转子速度的估计值通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计；基于所述电枢三相电流和估计转子角速度采用改进的模型参考自适应系统对转子磁链和定子电阻进行不断地修正和估计；基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压；基于所述前馈定子电压来控制所述永磁式同步电机的逆变器的输出，以进行所述电机的转矩控制。

【技术特征摘要】
1.一种用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：检测所述永磁式同步电机侧实际运行时产生的电枢三相电流；基于所述电枢三相电流和转子速度的估计值通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计；基于所述电枢三相电流和估计转子角速度采用改进的模型参考自适应系统对转子磁链和定子电阻进行不断地修正和估计；基于所述估计的转子角速度、所述三相电流、所述估计的转子磁链和定子电阻产生估计的前馈定子电压；基于所述前馈定子电压来控制所述永磁式同步电机的逆变器的输出，以进行所述电机的转矩控制。2.如权利要求1所述的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其特征在于，在基于所述电枢三相电流通过类锁相环对所述永磁式同步电机的转子电角速度进行估计的步骤中，还包括以下子步骤：将估计输出的所述转子电角速度的值进行低通滤波后作为所述转子速度的估计值反馈到所述类锁相环的输入；将设定的转子速度和所述转子速度的估计值一起作为输入进行第一次比例积分调节形成q轴给定电流；将所述q轴给定电流与实际检测到的q轴实际电流进行差分后得到误差分量，对所述误差分量继续进行第二次比例积分调节以得到所述电子角速度的估计值。3.如权利要求2所述的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其特征在于，所述改进的模型参考自适应系统的方程由前馈线性模型和非线性反馈分量组成：其中，Rs和是所述定子电阻的估计值和所述转子磁链的估计值，其作为所述模型参考自适应模型的输出在所述自适应模型中不断更新，使得估计的d轴电流id和q轴电流iq值分别是：其中，G是观测增益矩阵，G1和G2是G矩阵的系数，它保证前馈线性模型是正实数。4.如权利要求3所述的用于驱动永磁式同步电机的无速度传感器控制方法，其特征在于，在类锁相环的转速估计过程中，q轴给定电流和q轴实际电流之间的误差校正量通过以下数学模型表示：通过同时求解所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，王弦，
申请(专利权)人：长沙威克电力技术科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43