一种无位置传感器控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种无位置传感器控制方法及系统，该方法包括：在电机微动过程中调节目标线电压采样值和采样分压比；在电动运行状态下，动态调节采样分压比，使线电压采样值稳定于目标线电压采样值附近，根据线电压采样电路持续输出的线电压采样值和采样分压比，得到线电压值，结合电流传感器采样的相电流计算出转子磁链位置；在转速追踪状态下，动态调节线电压采样比，将线电压初始采样结果作为电机反电动势值，基于电机反电动值计算转子磁链的实时位置和转速，以实现无位置传感器不同运行状态的控制。通过该方案可以保障线电压采样精度，提高在低速和动态过程中转子磁链位置辨识精度和辨识速度，并能实现永磁同步电机的全速段无位置传感器控制。无位置传感器控制。无位置传感器控制。

【技术实现步骤摘要】
一种无位置传感器控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机领域，尤其涉及一种无位置传感器控制方法及系统。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有高效节能、功率密度高和结构简单等优点，在工业领域得到广泛的应用。永磁同步电机包括矢量控制和直接转矩控制两种控制策略，都需要检测转子磁链位置和速度的装置。一般通过安装机械式位置传感器检测位置，但使用机械式位置传感器会造成电机体积增大、制造成本增加和可靠性降低等问题，因此永磁同步电机的无位置传感器控制方法成为当下的研究热点。
[0003]目前，永磁同步电机的无位置传感器控制技术可分为两类：利用永磁同步电机的凸极效应或隐极式永磁同步电机的“饱和性凸极”特性的凸极跟踪法，利用反电动势或者磁链估算的基波模型法。凸极跟踪法多用于在电机静止或处于低速状态下时辨识转子磁链位置，基波模型法多用于在电机处于中高速运行状态下时辨识转子磁链位置。具体的应用方法有电感测量法、脉冲注入法、载波频率法、直接计算法、滑模观测器法、模型参考自适应法等。
[0004]市场上主流的永磁同步电机无位置传感器控制方法分为低速采用脉冲注入和中高速采用滑模观测器法，均由硬件采样相电流、软件重构相电压，经过相应的位置辨识算法得到转子磁链位置。但由于PWM死区和IGBT续流的影响，软件重构的相电压与实际的相电压始终存在偏差，影响转子磁链位置的辨识精度和速度。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种无位置传感器控制方法及系统，用于解决现有软件重构的相电压与实际的相电压始终存在偏差，影响转子磁链位置的辨识精度和速度问题。
[0006]在本专利技术实施例的第一方面，提供了一种无位置传感器控制方法，包括：
[0007]根据电机参数估算低速状态下的电机反电动势，配置目标线电压采样值和采样分压比，在电机微动过程中调节目标线电压采样值和采样分压比；
[0008]在电动运行状态下，基于PI调节器控制，动态调节采样分压比，使线电压采样值稳定于目标线电压采样值一定差值范围内，根据线电压采样电路持续输出的线电压采样值和采样分压比，计算线电压值，在全速度段范围内，经过Clarke变换输出电机电压至滑膜观测器，使电机运动至滑模面附近，结合电流传感器检测的相电流计算出转子磁链位置；
[0009]在转速追踪状态下，动态调节线电压采样比，将线电压初始采样结果作为电机反电动势值，基于电机反电动势值计算转子磁链的实时位置和转速，以实现无位置传感器正向制动、正向电动、反向制动、反向电动的控制。
[0010]在本专利技术实施例的第二方面，提供了一种无位置传感器控制系统，包括：
[0011]三相六桥臂功率变换器，用于将直流电源逆变为三相交流电，供给三相永磁同步
电机；
[0012]驱动电路，用于根据数字信号处理器的输出信号，驱动三相六桥臂功率变换器的开关动作；
[0013]线电压采样电路，用于基于数字信号处理器控制调节采样分压比，采样三相交流电的线电压，并将采样结果返回给数字信号处理器；
[0014]相电流采样电路，用于采样三相交流电的相电流，并将采样结果反馈给数字信号处理器；
[0015]数字信号处理器，用于根据线电压、相电流采样信号，通过相应的算法处理，调制出驱动电路的控制信号和线电压采样的控制信号。
[0016]本专利技术实施例中，通过动态调节线电压采样比例，解决了软件重构相电压不够准确的问题，可以提高在低速和动态过程中位置辨识算法的辨识精度和辨识速度。同时，不仅能在低速状态下采样到电机三相线电压，并通过坐标变换得到准确的相电压值，提高转子位置辨识精度，而且能适应中高速状态下的转子位置辨识算法，实现永磁同步电机的全速段无位置传感器控制。适用于风机、水泵等应用场合下，具有良好的转速追踪能力，可实现顺逆风启动、快速制动等控制方式。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。
[0018]图1为本专利技术实施例提供的一种无位置传感器控制方法的流程示意图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的线电压检测控制流程示意图；
[0020]图3为本专利技术的实施例提供的永磁同步电机无位置传感器控制系统结构图；
[0021]图4为本专利技术的实施例提供的线电压检测电路示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的一种无位置传感器控制系统的结构示意图。
具体实施方式
[0023]为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]应当理解，本专利技术的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二”用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序。
[0025]一般的，永磁同步电机无位置传感器控制是基于其数学模型，使用硬件采样电机相电流、软件重构出电机相电压，经过相应位置辨识算法的处理得到转子磁链位置。
[0026]需要说明的是，传统的永磁同步电机无位置传感器控制系统是以输出PWM占空比进行软件重构得到电机相电压。理想状态下，如果不考虑IGBT续流和PWM死区的影响，软件重构出的相电压与实际电机相电压一致，具有足够的精度，位置辨识算法能快速、准确的辨识转子磁链位置。但实际工作中，由于IGBT开关动作需要时间且存在续流，输出PWM存在死区，即使采用死区补偿算法进行补偿，软件重构出的相电压与电机实际的相电压仍然存在偏差，影响位置辨识算法在低速状态下或动态过程中的辨识精度和速度。因此传统方法要求PWM占空比足够准确且不能太小，即PWM死区相对PWM占空比很小，降低PWM死区对PWM占空比的影响，使软件重构的相电压满足一定的精度要求。表现为当前无一种有效的位置辨识算法能在全速度段辨识转子磁链位置。
[0027]还需要说明的是，基于永磁同步电机在αβ轴系下的数学模型：
[0028][0029]式中，u
αβ
为电机电压，由电机相电压u
abc
经Clarke坐标变换得到；i
αβ
为电机电压，由电机相电流i
abc
经Clarke坐标变换得到；ω
r
为转子磁链转速，θ
r
为转子磁链位置；R
s
为电机定子相电阻；L
dq
为电机在DQ轴系下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：根据电机参数估算低速状态下的电机反电动势，配置目标线电压采样值和采样分压比，在电机微动过程中调节目标线电压采样值和采样分压比；在电动运行状态下，基于PI调节器控制，动态调节采样分压比，使线电压采样值稳定于目标线电压采样值一定差值范围内，根据线电压采样电路持续输出的线电压采样值和采样分压比，计算线电压值，在全速度段范围内，经过Clarke变换输出电机电压至滑膜观测器，使电机运动至滑模面附近，结合电流传感器检测的相电流计算出转子磁链位置；在转速追踪状态下，动态调节线电压采样比，将线电压初始采样结果作为电机反电动势值，基于电机反电动势值计算转子磁链的实时位置和转速，以实现无位置传感器正向制动、正向电动、反向制动、反向电动的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在电机微动过程中调节目标线电压采样值和采样分压比包括：根据目标线电压采样值与实际线电压采样值的差值，线性调节采样分压比，若调节后采样分压比不满足预设要求，则线性调节目标电压采样值，并重新配置采样分压比；当调节后...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘荣昌，张晓光，涂从欢，时新海，
申请(专利权)人：武汉市正弦电气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：