基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法及控制系统技术方案

基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法及控制系统，涉及永磁同步电机控制领域。本发明专利技术针对现有技术中的无位置传感器的永磁同步电机控制存在估算精度低的问题。本发明专利技术根据电机的相电压u

【技术实现步骤摘要】
基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法及控制系统


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，特别是涉及基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法即控制系统。

技术介绍

[0002]PMSM具有大功率输出、低转矩脉动、效率高及容错能力强等优点，基于PMSM的驱动系统在电动汽车、船舶、航空航天等要求大功率及高可靠性的应用领域具有广阔的应用前景。PMSM矢量控制系统通常需要安装位置传感器，来检测转子位置和转速信息。但是位置传感器的使用增加了成本和体积，同时也降低了控制系统的可靠性和安全性。因此，为了提高系统可靠性，无位置传感器检测技术是一种可行的技术方案，具有重要的研究意义。PMSM无位置传感器检测技术一般分为两类：一类是利用电机转子凸极效应估算转子位置和转速，适用于低速和零速的高频注入法其估计精度与速度无关，对参数变化不敏感，但对PMSM有一定的凸极性要求。另外，必须正确选择高频干扰信号的幅度，否则会产生电磁噪声，同时，其运行范围和动态特性也受母线电压的限制；另一类是适用于中高速区域的基于电机数学模型的方法，如扩展卡尔曼滤波法、模型参考法和滑模观测器法等，其转子位置和转速的估计依赖于电机反电动势，会影响估算精度，影响永磁同步电机的稳定性。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供了基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法即控制系统，减小了电流误差，提高了估算精度，实现永磁同步电机的稳定运行。
[0004]本专利技术提供了基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法，包括如下步骤：
[0005]S1、根据电机的相电压u
αβ
、相电流i
αβ
和反馈的角速度估算值得到估算的正弦曲线sin和余弦曲线cos
[0006]S2、根据估算的正弦曲线sin和余弦曲线cos得到转子的角速度估算值和位置角估计值
[0007]S3、根据所述角速度估算值位置角估计值得到驱动信号。
[0008]进一步的，所述正弦曲线sin和余弦曲线cos的获取方法为：
[0009]S11、获取角度估算误差参数f；
[0010]S12、获取电流误差估计值
[0011]S13、将角度估算误差f、反馈的角速度估算值和电流误差估计值输入磁链观测器中，得到磁链估计值和所述磁链观测器为：
[0012][0013]其中，和k
θ
均为正增益参数，f为实际角度与估算角度产生的角度误差参数；
[0014]S14、根据带有频率跟踪的电流观测器和所述磁链观测器得到估算的正弦曲线sin和余弦曲线cos
[0015]进一步的，所述带有频率跟踪的电流观测器为：
[0016][0017]其中，F()为FVT函数。
[0018]进一步的，所述和的获取方法包括：
[0019]S121、根据定子电流估计值得到电流变化量Δi，电流变化量Δi经PI调节得到角频率ω
f
，进而得到定子电流频率f
f
；
[0020]S122、将电流误差估计值输入FVT函数中，所述FVT函数为：
[0021][0022]其中，
[0023]进一步的，所述角度误差参数f的获取方法包括：
[0024][0025]进一步的，步骤S2包括：
[0026]S21、建立扩展状态观测器，得到转子位置角估计值
[0027]所述其状态方程为：
[0028][0029]其中，是电机转子角速度估计值，J是转动惯量，P是极对数，T
L
是负载转矩，Q是系
统的总扰动；
[0030]S22、将所述转子位置角估计值作为反馈，用以更新转子位置角误差
[0031]本专利技术提供了基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制系统，包括：
[0032]磁链观测器，用以根据电机的相电压u
αβ
、相电流i
αβ
和反馈的角速度估算值得到估算的正弦曲线sin和余弦曲线cos
[0033]扩展状态观测器，用以根据估算的正弦曲线sin和余弦曲线cos得到转子的角速度估算值和位置角估计值
[0034]电流环模块，用以根据所述角速度估算值位置角估计值得到驱动信号。
[0035]进一步的，所述永磁同步电机为双三相永磁同步电机。
[0036]如上所述，本专利技术提供的基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法即控制系统，具有如下效果：
[0037]1.本专利技术的控制方法应用到多维空间的电机控制领域，实现了基于无位置传感器控制的双三相永磁同步电机的稳定运行。
[0038]2.本专利技术通过新型磁链观测器能够得到带有速度和角度信息的正余弦信号，并且在磁链观测器中引入估算角度误差参数，通过估算速度反馈提高估算精度并采用FVT跟踪电流频率减小电流误差。
[0039]3.本专利技术通过新型三阶扩展观测器对新型磁链观测器得到的正余弦信号进行处理，进而估计出转子的位置和转速，本专利技术的三阶扩展观测器具有能够抵抗扰动的效果，提高了估算精度。
[0040]4.本专利技术适用于航空航天、电动汽车等对电机的可靠性和动态性能有较高要求的场合。
附图说明
[0041]图1是本专利技术具体实施例的定子电流频率检测框图；
[0042]图2是本专利技术具体实施例的FVT函数结构原理框图；
[0043]图3是本专利技术具体实施例的基于三阶ESO的转子位置信息估计原理图；
[0044]图4是本专利技术具体实施例的三阶ESO原理图；
[0045]图5是本专利技术具体实施例的带有速度反馈的无位置传感器控制系统结构框图；
[0046]图6是本专利技术具体实施例的系统主流程图；
[0047]图7是本专利技术具体实施例的主程序流程图；
[0048]图8是本专利技术具体实施例的中断程序流程图；
[0049]图9是本专利技术具体实施例的DSP电源电路图；
[0050]图10是本专利技术具体实施例的电压采样电路图；
[0051]图11是本专利技术具体实施例的交流电流采样电路图；
[0052]图12是本专利技术具体实施例的直流偏置电路图；
[0053]图13是本专利技术具体实施例的过流保护电路图；
[0054]图14是本专利技术具体实施例的2SD315AI的驱动电路图；
[0055]图15是本专利技术具体实施例的1000r/min时磁链观测器观测的正余弦曲线sincos
[0056]图16是本专利技术具体实施例的1000r/min转速波形图；
[0057]图17是本专利技术具体实施例的1000r/min角度波形图；
[0058]图18是本专利技术具体实施例的1000r/min电磁转矩波形图；
[0059]图19是本专利技术具体实施例的800r/min到1000r/min动态变化转速波形图；
[0060]图20是本专利技术具体实施例的800r/min到1000r/min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、根据电机的相电压u
αβ
、相电流i
αβ
和反馈的角速度估算值得到估算的正弦曲线和余弦曲线S2、根据估算的正弦曲线和余弦曲线得到转子的角速度估算值和位置角估计值S3、根据所述角速度估算值位置角估计值得到驱动信号。2.根据权利要求1所述基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述正弦曲线和余弦曲线的获取方法为：S11、获取角度估算误差参数f；S12、根据带有频率跟踪的电流观测器获取电流误差估计值S13、将角度估算误差f、反馈的角速度估算值和电流误差估计值输入磁链观测器中，得到磁链估计值和所述磁链观测器为：其中，和k
θ
均为正增益参数，f为实际角度与估算角度产生的角度误差参数；S14、根据带有频率跟踪的电流观测器和所述磁链观测器得到估算的正弦曲线和余弦曲线3.根据权利要求2所述基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述带有频率跟踪的电流观测器为：其中，F()为FVT函数。4.根据权利要求3所述基于速度反馈变频跟踪的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，所述和的获取方法包括：S121、根据定子电流估计值得到电流变化量Δi，电流变化量Δi经P...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗璎，董垚，王文学，赵康旭，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：