[发明专利]一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法

说明书

本发明公开了一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，在永磁同步电机转速低于783r/min时，电机运行在I/F控制电流闭环，转速开环状态，当I/F拖动电机运行到783r/min时，永磁同步电机无位置算法可准确地检测电机转子位置，电机控制切换到适合中高速的转速‑电流双闭环控制。切换瞬间由于位置信息发生突变，电流随之突变，转速明显降落，本发明实现了两种工作模式间的平滑切换，使转子位置误差角慢慢减少至0，从而实现电机控制的切换；本发明所提供的基于锁相环的切换方法，切换方法简单，可适用于任何低中速控制方法切换，不需要额外的算法，可显著降低速度变化率和避免速度振荡问题，提高系统运行的效率和可靠性。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，主要涉及一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法。

背景技术

永磁同步电机具有体积小、功率密度高、效率高、结构简单、噪音低及动态响应快等优点，近年来被广泛应用于工业中。在实际应用领域中，永磁同步电机驱动系统采用最广泛的是矢量控制策略，但采用带位置传感器的矢量控制系统增加了系统的成本和复杂性，降低了抗干扰性能力以及系统的整体可靠性。为了提高运行效率，降低成本，增强可靠性，采用无位置传感器的永磁同步电机驱动系统是永磁电机控制技术发展趋势

经过国内外众多学者的不懈研究，无位置控制策略不断被发展、完善。根据控制方法适用转速区间的不同，考虑分为零低速、中高速阶段进行研究。开环运行控制与高频注入法是电机零低速运行时最常采用的两种无位置技术手段。在中高速常见的无位置控制方法有：磁链观测器、扩展卡尔曼滤波器(Extended kalman filter,EKF)、模型参考自适应(Model reference adaptive observer,MRAO)，以及滑模观测器(Sliding modeobserver,SMO)。这些控制方法都需要利用电机数学模型、电流电压等信息，求取出包含转子位置的基波励磁及电机反电势量，并通常采用锁相环来估计电机转子位置。

I/F控制是单电流闭环方式，可以直接控制转矩电流,提高电机输出转矩与负载转矩的匹配能力,避免电机运行过程中出现低频振荡，也可避免定子电流过电流保护，所以在低速时常采用I/F控制启动电机。当I/F控制拖动电机转到一定的速度时，反电势能被测量，可从中准确地估计出电机转子位置和速度，控制方法由I/F控制切换到适合中高速的转速-电流双闭环控制，同时，位置信号也由给定位置切换为转子估计位置。电机在切换过程中，如果强行切换，电磁转矩将会产生较大波动，电机运行震荡，从而电机失步，切换失败。现在常用的是加权系数修正转子位置角的过渡方法，其中过渡因子是影响过渡过程的关键因素，它决定过渡过程的所需时间，需要反复调试，适用性差。

发明内容

发明目的：针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，通过锁相环调节器，将切换前后的位置误差减少至0，使电机控制方法平滑切换，这种切换方法不需要增加额外算法，且易于实现，增加系统可靠性，适用性强。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，包括以下步骤：

步骤S1、当永磁同步电机启动，转速低于783r/min时，电机采用I/F单电流闭环控制方式，永磁同步电机开始加速；

步骤S2、当永磁同步电机加速至783r/min时，通过测量反电动势获取电机转速和位置信息，电机控制算法由I/F单电流闭环控制切换到转速-电流双闭环的无位置控制；

步骤S3、所述锁相环切换后位置误差如下：

其中Δe为转子位置的观测误差,是转子估计位置，θ_e^*是IF控制给定转子位置；