[发明专利]同步磁阻电机无位置传感器矢量控制系统的精度提升方法

说明书

本发明公开了一种同步磁阻电机无位置传感器矢量控制系统的精度提升方法，该方法采用无滤波器电流极性辨识法与死区电压补偿法，对使用方波注入法的无位置传感器矢量控制系统进行死区补偿，有效避免了传统系统中大量滤波器的使用，提升了系统响应速度和死区补偿精度，降低了控制器运算负荷，同时最大限度地保留了方波注入法的无位置传感器矢量控制法的优点。死区补偿后，还可以大幅提升位置观测精度，从而提升电机运行的稳定性与动态响应性能，降低转矩脉动。在无滤波器的条件下，引入了包括两个迟滞角的补偿电压矢量切换机制，从而可削弱由于死区谐波电流的角度波动对死区补偿效果产生的影响。

技术领域

本发明涉及同步磁阻电机控制技术领域，更具体的，涉及一种同步磁阻电机无位置传感器矢量控制系统的精度提升方法。

背景技术

原有的无滤波器方波注入法的一个关键步骤是利用方波信号注入时响应高频电流幅值相等而极性相反的特性进行无滤波器信号分离，而这个步骤在实际应用中，会由于逆变器非线性、采样误差等产生位置观测误差。而对其进行误差分析的专利和研究，考虑的都是10kHz以上的注入频率条件的误差分析，一般只考虑到了注入高频电压本身畸变产生的影响，并没有考虑基频电流及其谐波(特别是在引入死区时)变化，使得该方法并不能如理论上那么精确，从而产生较大的误差。

在实际应用中的一些电机，特别是转矩密度较大的SynRM电感也较大，同时，工业电流传感器的精度有限，注入频率太高时电流采样精度会很差，因此注入方波频率往往只有2kHz甚至1kHz。而在较低的注入频率下(开关频率不变)，死区效应造成的谐波电流会对位置观测的精度和系统稳定性产生较大的影响，然而，现有技术中对死区谐波电流产生的对位置观测精度的影响的分析方法少有实质性地研究。

另外，现有的死区补偿方式大多需要进行电流极性检测，而传统的电流极性检测方式为了减轻高频电流在过零点时产生的影响都要在dq轴坐标系内通过低通滤波器滤除高频成分，还需要准确的转子位置信息来计算电流矢量的空间位置，而这两个特性并不适用于无滤波器高频方波注入法。滤波器的重新引入会对系统造成额外的计算负荷，还因为无位置传感器矢量控制系统总会存在一些角度误差从而导致补偿效果较差。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种同步磁阻电机无位置传感器矢量控制系统的精度提升方法，用以解决如何在保持低计算负荷的前提下通过降低死区效应造成的电流谐波与转子位置观测误差来提升控制精度与系统稳定性的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种同步磁阻电机无位置传感器矢量控制系统的精度提升方法，包括步骤：

使用无滤波器方式进行电流极性识别，将电流在观测dq轴坐标系下滤除高频电流成分并转换至αβ轴静止坐标系下，获取电流空间位置角；

在电流空间位置辨识及补偿电压矢量选择时，于补偿电压矢量切换点的前位置和后位置分别设置一个迟滞角，用于削弱由于死区谐波电流的角度波动对死区补偿效果产生的影响；

基于引入所述迟滞角的改良电流空间位置角识别及补偿电压矢量选择，输出对应的补偿电压矢量，再将所述补偿电压矢量与控制器电压指令值叠加后一并输入至逆变器。

进一步地，将电流在dq轴坐标系内通过无滤波器方式进行处理，去除高频响应电流成分，其表达式为：

式中，i_sd为d轴去除高频分量后的电流，i_sq为q轴去除高频分量后的电流，k表示第k次采样时刻，k-1表示第k-1次采样时刻；再通过坐标转换由i_sd、i_sq导出i_α、i_β，i_α为α轴电流分量，i_β为β轴电流分量。

进一步地，所述电流空间位置角的计算公式为：