[发明专利]一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其涉及了一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有气隙磁密高、转矩脉动小、转矩/惯量比较大、效率比较高等优点，在高性能机床控制、位置控制以及风力发电领域得到了广泛应用。其中高性能中高等功率永磁同步电机由于其输出功率高、调节精度高、动态性和可靠性高的优势，在国内2MW低风速及以上的大容量风力发电机电动型变桨系统中，得到越来越多的应用。当前，变桨系统的功率等级在不断提高的同时对控制系统可靠性的要求也越来越高。变桨永磁同步电机是整个风力发电机组的重要组成部分，其传感器故障将造成变桨的失败，影响整个机组的正常运行，解决该问题的方法是采用无位置传感器控制，提高整个机组的可靠性。

本发明考虑到变桨永磁同步电机实际运行的需要，变桨永磁同步电机需要在静止、低速和中高速都要实现无位置传感器控制。对于静止、低速时的位置检测，本文采用脉振高频电压注入法；电机旋转到中高速时，采用模型参考自适应算法从而实现变桨永磁同步电机在全速范围的无位置传感器控制，提高变桨系统的可靠性。脉振高频电压注入法和模型参考自适应算法相互结合，不仅解决了模型参考自适应算法在启动和低速情况下误差增大的问题，而且解决了脉振高频电压注入法在中高速情况下估计值与实际值误差增大的问题，进一步提高变桨系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的是提供一种变桨永磁同步电机全速范围无位置传感器控制方法，解决变桨永磁同步电机位置传感器故障造成变桨失败的问题，提高整个变桨控制系统的可靠性，且本发明不仅适用于高性能中高等功率永磁同步电机全速范围无位置传感器控制，同时还适用于小功率的永磁同步电机全速范围无位置传感器控制。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

1)确定变桨永磁同步电机的初始参数，包括电机定子电阻R_s，转子同步旋转坐标系d轴电感L_d，转子同步旋转坐标系q轴电感L_q以及转子永磁体磁链

2)在估计转子同步旋转坐标系的轴上注入脉振高频余弦电压信号U_i cos(ω_it)，即注入信号为：

式中分别为估计转子同步旋转坐标系下的轴电压高频分量，U_i为注入高频信号的幅值，ω_i为注入高频信号的角频率；

3)注入的高频电压信号在估计转子同步旋转坐标系和轴分别产生一个高频电流响应，经过低通滤波器LPF与给定的和轴的电流完成两个电流环调节，同时在轴产生的高频电流响应经过带通滤波器BPF得到

4)步骤3)中的与调制信号sin(ω_it)相乘，再经低通滤波器后得到关于估计转子位置角与实际转子位置角之间的估计偏差角Δθ的函数F(Δθ)；

5)步骤4)中得到F(Δθ)函数通过调节位置观测器比例积分参数(由PI调节器和积分器组成)分别得到估计转子转速和估计转子位置角估计转子转速与给定速度完成速度环调节，估计转子位置角用于坐标变换；

6)循环步骤2)-5)，直到速度达到200rpm；

7)速度达到200rpm后，利用模型参考自适应算法控制电机，利用步骤5)中得到的估计转子位置角对电机的三相电压与三相电流分别进行初次坐标变换，得到转子同步旋转坐标系的d轴电压u_d和q轴电压u_q以及d轴电流i_d和q轴电流i_q；

8)步骤7)坐标变换将得到的u_d，u_q放入并联可调模型中得到d轴估计电流和q轴估计电流

9)将步骤7)、8)中的i_d，i_q，放入波波夫自适应定律中得到估计转子转速

10)将步骤9)中得到的估计转子转速进行积分运算得到估计转子位置角

11)循环步骤7)-10)，通过模型参考自适应算法将电机速度调制到额定速度。

本发明进一步包括以下优选方案：

在步骤2)中，在转子同步旋转坐标系下，永磁同步电机模型简化为：

其中，u_di，u_qi和i_di、i_qi分别为转子同步旋转坐标系d、q轴电压分量和电流分量。