[发明专利]基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，在无位置传感器的情况下通过电压、电流以及电机电流环模型及其参数估计永磁电机转子位置和转速；低速下的转子位置估计需要向三相绕组注入高频电压信号，以激励高频电流分量，电流高频分量幅值越高，则估计越稳定，然而噪声就越大。电流环的估计残差反映了转速和位置估计的状态是否稳定可靠，当残差较小时，说明估计状态稳定可靠，因而只需要较小的注入信号幅值就维持低速转子位置估计；反之则应该增大注入信号幅值以保证系统稳定运行。本发明的核心创新点在于建立了通过电流环估计残差自适应调节注入信号幅值的机制，在实现低速无位置传感器控制的同时提高了系统稳定性。

技术领域

本发明属于传感器控制技术，具体为一种基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法。

背景技术

无传感器电机控制算法是电机驱动领域一个很重要的研究课题。虽然电机位置传感器在大多数工业电机驱动中仍然被使用，但成本问题仍然是推动行业放弃位置传感器的一个原因。此外，在机器上安装位置传感器通常也有一些问题，特别是应用在一些特殊环境中。同时，无传感器驱动在伺服系统中具有广泛的应用前景，其中工业伺服系统和机器人伺服系统就是上述无传感器控制方案的典型应用。在这些伺服系统中，电机需要频繁地启动和停止到一些精确的位置，具有较大的负载。这一要求实际上挑战了电机转子在零/低速条件下的位置跟踪能力。

目前已经有很多种无位置传感器控制算法被提出，其中低速条件下一般采用基于高频信号注入与滤波器相结合的转子位置提取方法，高速条件下一般采用基于反电势的转子位置估计方法。虽然上述无位置传感器控制方法种类很多，但是普遍有一个问题就是：全系统无位置传感器的情况下，位置估计如果出现偏差甚至发散，控制器自身难以修正该估计故障，因为没有传感器作为修正参考。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种基于残差的无位置传感器注入自适应永磁电机控制方法，具体步骤为：

步骤1：在速度环中根据转速指令与实际电机转速的误差，通过PI调节器计算电流指令参考值；

步骤2：根据电流传感器采样得到三相电机相电流，通过Clark变换获得α-β轴系下电流，再通过Park变换获得d-q轴实际电流；在d-q轴系下根据d-q轴实际电流和电流指令参考值的比较，并通过PI调节器以及d-q轴解耦计算，获得d-q轴电压指令；

步骤3：在电流环的d-q轴电压指令叠加高频电压信号形成高频注入，获得注入信号后的d-q轴电压指令；

步骤4：对注入信号后的d-q轴电压指令进行反Park变换获得α-β轴系下电压指令；基于空间矢量脉宽调制方法并通过矢量控制模块通过得α-β轴系下电压指令调制6路脉宽可调的矩形波通过驱动器硬件部分驱动6路开关管，驱动电机旋转；

步骤5：根据α-β轴系下电流、α-β轴系下电压指令，以及上一时刻估计转速ω_re输入位置估计模块，根据损失函数，通过牛顿迭代法，计算出当前转子位置和残差值；转子位置通过锁相环，一方面对噪声造成的估计波动进行滤波，另一方面计算出当前时刻的转子电气角速度；

步骤6：对当前时刻的转子电气角速度进行角度转换得到当前时刻的转子实际角速度，将实际角速度与参考转速ω_ref^*作为速度环的输入，调整输出电流指令参考值，返回步骤2。

优选地，步骤2中的d-q轴解耦计算，具体为：