专利名称：一种永磁同步电机无传感器控制方法及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁同步电机无传感器控制方法及其控制装置，属于交流伺服电机控制技术领域。
背景技术：
永磁同步电机具有功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、体积小、重量轻等优点，在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。永磁同步电机的控制需要获得电机转子的位置和速度信息，目前应用比较普遍的位置传感器包括光电编码器、旋转变压器等装置，而这些装置的使用不但增加了系统的体积和成本，降低了系统的可靠性，也限制了永磁同步电机在特殊环境下的应用，因此无传感器的控制方法已成为电机控制研究领域的一个研究热点。当电机在中高速范围内运转时，基于滑模观测器的无传感器控制方法得到广泛的应用。这种方法首先通过构造滑模观测器观测电机的反电动势，然后从反电动势中直接或间接地估算出转子位置和速度，具有原理简单、稳定性好等特点，但是当存在系统参数摄动、负载扰动时，该方法的快速性和抗干扰能力非常有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下实现对电机反电动势以及转子位置和速度的快速、准确估计，并有效提高系统的抗干扰能力的永磁同步电机无传感器控制方法及其控制装置。本发明采用如下技术方案解决上述技术问题:本发明设计了一种永磁同步电机无传感器控制方法，包括如下具体步骤:步骤(I):采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。，并进行Clark变换,转换成为α-β坐标系下的等效电流ia、ie ；步骤(2):根据步骤(I)中α-β坐标系下的等效电流ia、ie以及α-β坐标系下的等效电压ua、U0构造分数阶滑模观测器，所述分数阶滑模观测器输出α-β坐标系下的反电动势观测值4e、vG步骤(3):利用步骤(2)中的α-β坐标系下的反电动势观测值4、&实现对转子
电子角速度和电机转子位置的估计，得到转子电子角速度估计值 和电机转子位置估计值Θ-,步骤(4):根据步骤(3) 中的转子电子角速度估计值^&和电机转子位置估计值0将电机转子位置估计值I和步骤(I) α_β坐标系下的等效电流ia、ie进行PARK变换后广生d-q坐标系下的实际输出电流值对电机运行速度给定值ωΜ 与转子电子角速度估计值 比较后的差值e进行转速调节，从而产生d-q坐标系下q轴电流给定值ζ，对q轴电流给定值ζ与q轴实际输出电流值i,比较后的差值进行q轴电流调节处理，产生q轴电压输出值U,，对d轴电流给定值<与d轴实际输出电流值id比较后的差值进行d轴流调节处理，产生d轴电压输出值Ud，将上述d-q坐标系下的电压输出值Ud和Uq进行PARK逆变换处理，从而产生α-β坐标系下的等效电压控制给定值《I和乂对所述等效电压控制给定值乂和 进行空间矢量脉宽调制，产生PWM信号，利用所述PWM信号控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。作为本发明的一种优化方法:所述步骤(2)中构造的分数阶滑模观测器的模型为:
权利要求
1.一种永磁同步电机无传感器控制方法，其特征在于，包括如下具体步骤: 步骤(I):采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。，并进行Clark变换,转换成为α - β坐标系下的等效电流ia、ie ; 步骤(2):根据步骤(I)中α-β坐标系下的等效电流ia、ie以及α-β坐标系下的等效电压ua、ue构造分数阶滑模观测器，所述分数阶滑模观测器输出α-β坐标系下的反电动势观测值Jp ; 步骤(3):利用步骤(2)中的a-β坐标系下的反电动势观测值皂、4实现对转子电子角速度和电机转子位置的估计，得到转子电子角速度估计值 和电机转子位置估计值#; 步骤(4):根据步骤(3)中的转子电子角速度估计值 和电机转子位置估计值I，将电机转子位置估计值4和步骤(I) α-β坐标系下的等效电流ia、ie进行PARK变换后产生d-q坐标系下的实际输出电流值id和i,，对电机运行速度给定值ωΜ 与转子电子角速度估计值 比较后的差值e进行转速调节，从而产生d_q坐标系下q轴电流给定值<，对q轴电流给定值ζ与q轴实际输出电流值比较后的差值进行q轴电流调节处理，产生q轴电压输出值U,，对d轴电流给定值^与d轴实际输出电流值id比较后的差值进行d轴电流调节处理，产生d轴电压输出值ud，将上述d-q坐标系下的电压输出值Ud和Uq进行PARK逆变换处理，从而产生α-β坐标系下的等效电压控制给定值<和$，对所述等效电压控制给定值<和<进行空间矢量脉宽调制，产生PWM信号，利用所述PWM信号控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无传感器控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中构造的分数阶滑模观测器的模型为:
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机无传感器控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中坐标系下的反电动势观测值从含有α-β坐标系下的分数阶滑模面的开关信号Za和Ze中获得，如下式所示:
4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机无传感器控制方法，其特征在于，所述步骤(3)包括如下具体处理: 步骤(31):令电机转子位置估计值古为O ; 步骤(32):根据步骤(31)中的《值，利用三角公式计算如下公式得到电机转子位置函数误差值Ae:
5.基于权利要求1所述的一种永磁同步电机无传感器控制方法的控制装置，包括电流采集模块、Clark变换模块、第一比较器、第二比较器、第三比较器、PARK变换模块、转速调节器、q轴电流控制器、d轴电流控制器、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、三相逆变器和永磁同步电机，其特征在于，还包括分数阶滑模观测器和分数阶锁相环，其中: 所述电流采集模块用于采集电机三相定子电流、、、和i。，并传输至Clark变换模块和PARK变换模块； 所述Clark变换模块用于将电机三相定子电流ia、ib和i。变换为α-β坐标系下的等效电流1和％，并将α-β坐标系下的等效电流ia和％以及α-β坐标系下的等效电压Ua和U0输入至分数阶滑模观测器； 所述分数阶滑模观测器用于利用上述α-β坐标系下的等效电压Ua、U0和α-β坐标系下的等效电流ia、ie产生α-β坐标系下反电动势观测值1和&并传输至分数阶锁相环； 所述分数阶锁相环用于利用上述α-β坐标系下反电动势观测值之和&产生转子电子角速度估计值 和电机转子位置估计值I并将所述电机转子位置估计值3分别传输至PARK变换模块和PARK逆变换模块，将所述转子电子角速度估计值 传输至第一比较器； 所述PARK变换模块用于利用接收到的电机转子位置估计值4和α-β坐标系下的等效电流i a、i e产生d-q坐标系下的实际输出电流值id和i,，并将所述d轴的实际输出电流值id传输至第二比较器，将q轴的实际输出电流值i,传输至第三比较器； 所述第一比较器用于将电机运行速度给定值ω ref与转子电子角速度的估计值 比较后的差值e传输至转速调节器，转速调节器用于输出d-q坐标系下q轴电流给定值<，所述q轴电流给定值ζ与q轴实际输出电流值i,经过第二比较器比较后的差值输入给q轴电流控制器，所述q轴电流控制器产生q轴电压输出值Uq,并将q轴电压输出值Uq传输至PARK逆变换模块； d轴电流给定值与d轴实际输出电流值id经过第三比较器比较后的差值输入至d轴电流控制器，所述d轴电流控制器产生d轴电压输出值ud，并将d轴电压输出值Ud传输至PARK逆变换模块； 所述PARK逆变换模块利用接收到的q轴电压输出值Uq和d轴电压输出值Ud产生α-β坐标系下的等效电压控制给定值 <和》》，并将所述等效电压控制给定值<和《〗传输至空间矢量脉宽调制模块； 所述空间矢量脉宽调制模块利用接收到的α-β坐标系下的等效电压控制给定值<和<产生PWM信号，所述PWM信号用于控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。
全文摘要
本发明公开一种永磁同步电机无传感器控制方法，特别是将永磁同步电机的三相电流转换成为α-β坐标系下的等效电流ia、iβ；其次根据α-β坐标系下的等效电流ia、iβ以及等效电压ua、uβ构造分数阶滑模观测器，并输出α-β坐标系下反电动势观测值然后利用反电动势观测值实现转子电子角速度和电机转子位置的估计；本发明还设计了一种永磁同步电机无传感器控制装置。本发明所设计的一种永磁同步电机无传感器控制方法及其装置能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下实现对电机反电动势以及转子位置和速度的快速、准确估计，并有效提高系统的抗干扰能力。
文档编号H02P21/14GK103117703SQ20131004683
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者黄家才, 李宏胜, 徐庆宏, 张爽 申请人:南京工程学院