永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器及构造法制造技术

本发明专利技术是永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器及构造方法，适用于永磁同步电机在不安装机械式速度传感器条件下的高性能调速控制，其结构是包括无速度传感器逆控制器，功率变换器和电流和电压霍尔传感器：其构造方法，由线性闭环调节器、永磁同步电机的逆系统、逆Ｐａｒｋ变换、空间矢量脉宽调制ＳＶＰＷＭ模块和转子位置与转速估计器为采用数字信号处理器，通过编制程序软件来实现。优点：用于构造新型的永磁同步电机变频调速器，实现永磁同步电机无机械式速度传感器的高性能转速与伺服控制。广泛应用于以永磁同步电机为动力装置的交流电力传动与伺服系统，调速系统无需在电机转轴上安装机械式传感器，硬件结构简单，运行可靠，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器及构造 方法，适用于永磁同步电机的高性能变频调速或伺服控制，属于电力传动 控制设备的

技术介绍
目前，采用交流电机替代直流电机已成为现代电力传动与伺服系统发 展的主流方向。交流传动系统中常用的电机主要有鼠笼异步电机与永磁同 步电机。与异步电机通过定子电流的励磁分量来产生气隙磁场的工作方式 不同，永磁同步电机是通过转子永磁体来产生气隙磁场，其优点在于结构 简单、功率密度大、无励磁损耗、运行效率高。因此，永磁同步电机在航 空航天、工业自动化装置、电动车、医疗器械，家用电器和计算机外围设 备等领域的应用越来越多。高性能的永磁同步电机调速或伺服系统，大多 采用矢量控制技术对电机进行闭环控制。系统实现时，闭环转速反馈信号 一般由安装在电机转轴上的机械式传感器来获取，常用的速度传感器有增 量式光电编码器和测速发电机。然而，在电机转轴上安装机械式传感器将 使系统的硬件结构复杂，可靠性降低，实现成本增大。
技术实现思路
本专利技术是提供一种无需在电机转轴上安装机械式速度传感器，硬件结构简单、易于实现，运行可靠的永磁同步电机无速度传感器逆控制变频调 速器及构造方法。将功率变换器、永磁同步电机及负载作为一个整体组成复合被控对象。采用扩展的Kalman滤波器来估计转子位置和转速，用于构 造永磁同步电机逆系统，将永磁同步电机逆系统置于功率变换器与永磁同 步电机系统之前，组成伪线性系统，再依据线性系统的综合方法设计线性 闭环调节器，线性闭环调节器与逆系统形成复合控制器，对功率变换器与 永磁同步电机系统进行控制，实现永磁同步电机的无机械式速度传感器的 变频调速。本专利技术的技术解决方案永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器，其特征是包括无速度传感器逆控制器，功率变换器和电流和电压霍尔传感器，其中无速度传感器逆控制器中的空间矢量脉宽调制SVPWM模 块的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端与复合被控对象 中的IGBT三相逆变器的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输 入端对应相接，无速度传感器逆控制器中的Clarke变换的第一信号输入端、 第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端与电流和电压霍尔传 感器的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输 出端对应相接，电流和电压霍尔传感器的第一信号输入端、第二信号输入 端、第三信号输入端、第四信号输入端与复合被控对象中的IGBT三相逆 变器的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输 出端对应相接。永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器构造方法，由线性闭环调节器、永磁同步电机的逆系统、逆Park变换、空间矢量脉宽调制 SVPWM模块和转子位置与转速估计器为采用数字信号处理器DSP，通过 编制程序软件来实现。无速度传感器逆控制器、功率变换器与电流和电压 霍尔传感器共同组成永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器。本专利技术的优点在于(1)将逆系统与功率变换器与永磁同步电机系统串联，使对功率变换器与永磁同步电机系统这个多变量、强耦合和非线性系统的控制，转化成两个单变量的一阶线性系统的控制，由扩展的Kalman 滤波器来估计转子位置与转速，采用线性控制方法设计闭环调节器，可获 得动态响应快、稳态精度高和抗负载扰动能力强的转速跟踪控制性能。调 速系统不需要在电机转轴上安装机械式传感器，硬件结构简单，运行可靠， 实现成本低廉。(2)本专利技术可用于许多不宜在电机轴上安装机械式速度传 感器，并要求有高能量转换效率、高性能调速和高可靠性运行的电力传动 与伺服控制应用场合，可显著提高永磁同步电机无速度传感器变频调速系 统的运行性能。本专利技术用于构造新型的永磁同步电机变频调速器，实现永 磁同步电机无机械式速度传感器的高性能转速与伺服控制。可广泛应用于 以永磁同步电机为动力装置的交流电力传动与伺服系统，应用前景广阔。附图说明附图1是交-直-交功率变换器电路结构示意图。 附图2是复合被控对象电路结构示意图。 附图3是伪线性系统的结构图。附图4是图3的等效图。附图5是转子位置与转速估计器结构示意图。附图6是闭环解耦控制系统的结构图。附图7是采用无速度传感器逆控制变频调速器对永磁同步电机及其负载进行控制的结构示意图。附图8是以数字信号处理器作为无速度传感器逆控制器的永磁同步电机无 速度传感器逆控制变频调速器的结构意图。附图9是采用数字信号处理器作为无速度传感器逆控制器对永磁同步电机 进行变频调速控制时的程序流程图。图中的1是二极管三相不控整流器、2是电容滤波器、3是IGBT三相 逆变器、4是功率变换器、5是永磁同步电机、6是负载、7是复合被控对 象、8是空间矢量脉宽调制SVPWM模块、9是逆Park变换、IO是永磁同 步电机的逆系统、ll是定子电流子系统、12是转速子系统、13是伪线性系 统、14是定子电流调节器、15是转速调节器、16是线性闭环调节器、17 是Clarke变换、18是扩展的Kalman滤波器、19是Park变换、20是转子 位置与转速估计器、21是无速度传感器逆控制器、22是电流和电压霍尔传 感器、23是数字信号处理器，24是无速度传感器逆控制变频调速器。具体实施方方式对照附图l，其结构是由二极管三相不控整流器l、电容滤波器2和 IGBT三相逆变器3组成。对照附图2，其结构是是由功率变换器4和永磁同步电机5及其负载6 形成。对照附图3，其结构是伪线性系统13由永磁同步电机的逆系统10、逆 Park变换9、空间矢量脉宽调制SVPWM模块8、功率变换器4、永磁同步 电机5与负载6构成。对照附图4，其结构有定子电流子系统11和转速子系统12。对照附图5，其结构是由Clarke变换17、扩展的Kalman滤波器18和 Park变换19组成。对照附图6，其结构是由线性闭环调节器16和伪线性系统13组成。其 中伪线性系统13中包括定子电流子系统11和转速子系统12;线性闭环调 节器16中包括定子电流调节器14和转速调节器15。对照附图7，其结构是包括无速度传感器逆控制器21，复合被控对象7 和电流和电压霍尔传感器22，其中无速度传感器逆控制器21中的空间矢量 脉宽调制SVPWM模块8的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号 输出端与复合被控对象7中的IGBT三相逆变器3的第一信号输入端、第 二信号输入端、第三信号输入端对应相接，无速度传感器逆控制器21中的 Clarke变换17的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第 四信号输入端与电流和电压霍尔传感器22的第一信号输出端、第二信号输 出端、第三信号输出端、第四信号输出端对应相接，电流和电压霍尔传感 器22的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输 入端与复合被控对象7中的IGBT三相逆变器3的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端对应相接。所述的无速度传感器逆控制器21包括空间矢量脉宽调制SVPWM模块8，逆Park变换9，永磁同步电机的逆系统10，线性闭环调节器16和转子 位置与转速估计器20，其中线性闭环调节器16中的定子电流调节器14、 转速调节器15的输出端分别与永磁同步电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
永磁同步电机的无速度传感器逆控制变频调速器，其特征是包括无速度传感器逆控制器，功率变换器和电流和电压霍尔传感器，其中无速度传感器逆控制器中的空间矢量脉宽调制ＳＶＰＷＭ模块的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端与复合被控对象中的ＩＧＢＴ三相逆变器的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端对应相接，无速度传感器逆控制器中的Ｃｌａｒｋｅ变换的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端与电流和电压霍尔传感器的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端对应相接，电流和电压霍尔传感器的第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第四信号输入端与复合被控对象中的ＩＧＢＴ三相逆变器的第一信号输出端、第二信号输出端、第三信号输出端、第四信号输出端对应相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴华，林锦国，丁守刚，沈捷，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]