同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法技术

一种同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术针对现有同步磁阻电机无位置传感器控制中，零低速运行时采用的高频信号注入法在电机负载较大时存在损耗较大及观测精度降低的问题。包括在同步磁阻电机运行过程中，向其dq轴系注入高频脉冲电压信号；由abc三相轴系下的三相脉冲电流信号得到dq轴系下的电流信号；由dq轴系下的电流信号计算得到转子位置估计误差θ

【技术实现步骤摘要】
同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法
本专利技术涉及同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，属于电机控制

技术介绍
同步磁阻电机在工业驱动领域具有越来越高的竞争力，其低成本且鲁棒性强的特点使其在一些低成本、工作环境恶劣的应用领域可以替代目前广泛应用的感应电机、永磁同步电机等。目前工业领域中应用最广泛的矢量控制方式需要电机转子位置信息用于电流信号解耦等控制过程，无位置传感器控制技术可以解决应用位置传感器带来的额外成本以及可靠性降低等问题，是目前电机控制领域一个主要的研究方向。当前，越来越多的应用领域对电机低速运行时的无传感器控制提出了新的需求，如矿车驱动电机、切割机、拉丝机等。同步磁阻电机零低速运行时采用的无位置传感器技术主要采用高频信号注入法，通过提取电机的凸极特性信息确定转子位置。传统的高频信号注入法主要分为高频旋转电压注入法、高频脉振电压注入法和高频方波电压注入法。相比之下，高频脉振电压注入法的原理更加简单且转矩脉动更小，因此得到更为广泛的应用，但是依旧需要使用滤波器；而高频方波电压注入法则不需要使用滤波器，且电压信号频率可以选择得更高，所以控制性能更加优越。然而，由于注入信号频率较高，会给驱动系统带来额外的高频噪音，又限制了高频方波电压注入法在实际工业领域的应用。目前采用的随机高频方波信号注入方法，将电机相电流PSD中离散分量转化为连续分量，可以降低由于电压注入导致的高频噪音。然而，由于同步磁阻电机参数随负载变化较大的特性，定幅高频电压注入法除了电流噪音污染问题外，在电机运行在较高负载情况时，注入带来的损耗问题尤其突出，且由于注入导致的转矩脉动会导致转子位置估计的准确度降低，使这类方案的实用性降低，限制了其广泛应用。因此，为了提高无位置传感器技术的实用性，研究具有低噪音及低损耗的零低速同步磁阻电机无位置传感器控制策略具有重要的理论意义和应用价值。
技术实现思路
针对现有同步磁阻电机无位置传感器控制中，零低速运行时采用的高频信号注入法在电机负载较大时存在损耗较大及观测精度降低的问题，本专利技术提供一种同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法。本专利技术的一种同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，包括：在同步磁阻电机运行过程中，向其dq轴系注入高频脉冲电压信号；然后提取同步磁阻电机abc三相轴系下的三相脉冲电流信号并进行变换，得到dq轴系下的电流信号；对所述dq轴系下的电流信号进行计算，获得转子位置估计误差θerr；再对转子位置估计误差θerr进行PI调节使其值为零，得到转子估计位置与转子估计转速并用于同步磁阻电机的转速和电流闭环控制中；同时对所述dq轴系下的电流信号进行计算，获得高频脉冲电压信号的当前注入电压幅值，使高频脉冲电压信号的幅值按所述当前注入电压幅值进行自适应调整，频率与相位随机，再注入到所述dq轴系中。根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，所述高频脉冲电压信号包括高频方波电压信号，获得方法包括：式中，为同步磁阻电机定子注入的d轴高频方波电压信号，为同步磁阻电机定子注入的q轴高频方波电压信号；Uinj为高频方波电压信号的基准幅值，为单位幅值随机方波电压信号；其中，t为注入电压时刻，TΣ为注入电压周期，为注入电压相位。根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，所述同步磁阻电机abc三相轴系下的三相脉冲电流信号经clark、park变换后得到dq轴系下的电流信号。根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，所述转子位置估计误差θerr的获得方法包括：对所述dq轴系下的电流信号进行高通滤波得到d轴高频电流反馈值和q轴高频电流反馈值将d轴高频电流反馈值和q轴高频电流反馈值变换到测量轴系后得到测量轴系下dq轴高频电流再与第一解调信号γd1相乘，得到解调后d轴高频电流及解调后q轴高频电流与乘以耦合系数λ的相减后，差值与电机参数相关系数K3相乘得到转子位置估计误差θerr；其中式中Lqh为同步磁阻电机q轴定子电感，Mh为同步磁阻电机互感；Ldh为同步磁阻电机d轴定子电感，Ts为PWM周期，γd2为第二解调信号；L2＝(Ld-Lq)/2，Ld为同步磁阻电机d轴电感，Lq为同步磁阻电机q轴电感。根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，所述转子位置估计误差θerr的计算方法包括：根据同步磁阻电机的dq轴系方程：式中ud为电机d轴定子电压，uq为电机q轴定子电压，id为电机d轴定子电流，iq为电机q轴定子电流；Rs为定子电阻，ωe为电机的电转速；p为求导；当同步磁阻电机低于额定转速10％或静止，且高频脉冲电压幅值高于设定阈值时，所述轴系方程简化为：将简化后的轴系方程变形到测量轴系下：式中L1＝(Ld+Lq)/2，θm＝arctan[2Mh/(Ldh-Lqh)]；为测量轴系下d轴高频电流信号，为测量轴系下q轴高频电流信号；当转子位置估计误差θerr在5°以内时，将测量轴系下方程简化，得到转子位置估计误差θerr：根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，对转子位置估计误差θerr进行PI调节，得到转子估计转速对转子位置估计误差θerr进行PI调节后再积分，得到转子估计位置根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，转子估计位置与转子估计转速用于同步磁阻电机的转速和电流闭环控制中包括：将转子给定转速ωref与转子估计转速作差，得到转速误差信号，经PI调节后得到dq轴电流给定与dq轴电流反馈相减经PI得到dq轴给定电压再与d轴高频电压相加后，经ipark变换，得到αβ轴系下的电压给定再经SVPWM环节得到最终输出电压，用于控制同步磁阻电机；所述dq轴电流反馈由dq轴系下的电流信号经低通滤波得到。根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，获得高频脉冲电压信号的当前注入电压幅值的方法包括：将d轴高频电流反馈值和q轴高频电流反馈值与第二解调信号γd2相乘后得到其变化量进行绝对值计算后与给定值比较，相减得到的差值经PI调节器调节后得到注入电压幅值信号Uinj；所述PI调节器参数分别为kp_hf，Thf。根据本专利技术的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，所述高频方波电压信号频率与相位随机选取的方法包括：采用四种高频方波电压信号，分别具有两组频率，每组频率具有90°与270°两组相位，注入电压的定义如下：式中uk为第k周期注入电压信号，γs为频率、相位随机方波信号，Ti为为注入信号单位周期；所述Ti与TΣ之间满足：TΣ＝Ti或TΣ＝2Ti。本专利技术的有益效果：本专利技术方法基于幅值自适应调节高频信号注入，它在同步磁阻电机运行过程中，向同步磁阻电机的d轴系中注入频率、相位随机，幅值自适应调节的高频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，其特征在于包括：/n在同步磁阻电机运行过程中，向其dq轴系注入高频脉冲电压信号；/n然后提取同步磁阻电机abc三相轴系下的三相脉冲电流信号并进行变换，得到dq轴系下的电流信号；/n对所述dq轴系下的电流信号进行计算，获得转子位置估计误差θ

【技术特征摘要】
1.一种同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，其特征在于包括：
在同步磁阻电机运行过程中，向其dq轴系注入高频脉冲电压信号；
然后提取同步磁阻电机abc三相轴系下的三相脉冲电流信号并进行变换，得到dq轴系下的电流信号；
对所述dq轴系下的电流信号进行计算，获得转子位置估计误差θerr；再对转子位置估计误差θerr进行PI调节使其值为零，得到转子估计位置与转子估计转速并用于同步磁阻电机的转速和电流闭环控制中；
同时对所述dq轴系下的电流信号进行计算，获得高频脉冲电压信号的当前注入电压幅值，使高频脉冲电压信号的幅值按所述当前注入电压幅值进行自适应调整，频率与相位随机，再注入到所述dq轴系中。


2.根据权利要求1所述的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，其特征在于，
所述高频脉冲电压信号包括高频方波电压信号，获得方法包括：



式中，为同步磁阻电机定子注入的d轴高频方波电压信号，为同步磁阻电机定子注入的q轴高频方波电压信号；Uinj为高频方波电压信号的基准幅值，为单位幅值随机方波电压信号；其中，t为注入电压时刻，TΣ为注入电压周期，为注入电压相位。


3.根据权利要求2所述的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，其特征在于，
所述同步磁阻电机abc三相轴系下的三相脉冲电流信号经clark、park变换后得到dq轴系下的电流信号。


4.根据权利要求3所述的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，其特征在于，
所述转子位置估计误差θerr的获得方法包括：
对所述dq轴系下的电流信号进行高通滤波得到d轴高频电流反馈值和q轴高频电流反馈值将d轴高频电流反馈值和q轴高频电流反馈值变换到测量轴系后得到测量轴系下dq轴高频电流再与第一解调信号γd1相乘，得到解调后d轴高频电流及解调后q轴高频电流与乘以耦合系数λ的相减后，差值与电机参数相关系数K3相乘得到转子位置估计误差θerr；
其中



式中Lqh为同步磁阻电机q轴定子电感，Mh为同步磁阻电机互感；Ldh为同步磁阻电机d轴定子电感，Ts为PWM周期，γd2为第二解调信号；
L2＝(Ld-Lq)/2，
Ld为同步磁阻电机d轴电感，Lq为同步磁阻电机q轴电感。


5.根据权利要求4所述的同步磁阻电机自适应调节无传感器控制方法，其特征在于，
所述转子位置估计误差θerr的计算方法包括：
根据同步磁阻电机的dq轴系方程：

...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐殿国，李成睿，王高林，张国强，赵楠楠，
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