[发明专利]永磁开关磁链电机无位置传感器直接转矩控制系统及控制方法

说明书

永磁开关磁链电机无位置传感器直接转矩控制系统及控制方法，涉及永磁开关磁链电机的直接转矩控制技术领域。本发明的扩展反电动势模块检测电机当前转速是否大于等于设定转速阈值，若是，由扩展反电动势模型得到扩展反电动势的幅值；若否，向扩展反电动势模型中注入高频信号，直至电机转速大于等于设定的转速阈值，并由扩展反电动势模型得到扩展反电动势的幅值；二次扩展反电动势模块根据扩展反电动势模块得到的扩展反电动势幅值，得到二次扩展反电动势；通过转矩滑模控制器得到参考电压的q轴分量，通过磁链滑模控制器得到参考电压的d轴分量。本发明有效抑制转矩脉动，实现全速通用的位置估计，提高了估计精度。

技术领域

本发明涉及永磁开关磁链电机的直接转矩控制技术领域，尤其涉及永磁开关磁链电机无位置传感器直接转矩控制系统及控制方法。

背景技术

传统永磁同步电机的永磁体装配在转子上，因而存在永磁体需要固定的问题以及因散热或故障等而导致不可逆退磁的问题，而定子永磁型的PMFSM转子结构简单且同时有着高功率密度等优点，

直接转矩控制与矢量控制同为经典的无刷交流电机控制策略，是一种高动态性能的交流调速技术。直接转矩控制的结构可以分为转矩环和磁链环，将测量的转速与给定转速进行比较，再将其差值经过PI模块得到参考转矩值，通过计算磁链值和转矩值进而可以得到与相应给定量的差值，送入滞环再由此选择开关矢量，控制电机的转矩和磁链。传统DTC控制策略采用Bang-Bang控制，根据转矩和磁链的滞环输出，直接进行开关表选择实现电机控制，结构简单但也使得低速下的无位置注入技术难以实现，并且当滞环输出达到所设定的上下限时，才会对磁链或转矩进行增大或减小的调整，这也意味着转矩和磁链不可避免的在设定的容差值范围内来回波动，此外由于在相应扇区根据滞环输出进行选择的电压矢量仅为六个有效矢量状态中的一个，这六个电压矢量很可能不是最佳的选择，这些因素导致了传统的直接转矩控制中存在着转矩会有较大的脉动的问题。

控制系统中转子位置的获取是一个重要的组成部分，但传统的位置检测需要外部硬件如光电编码器、霍尔或者旋转变压器来进行采集检测，机械式的检测方法存在着一定的不可靠性。传统的全速域范围内的无传感器位置估计需要在零低速和中高速时进行算法的切换，这使得系统构建上，不仅需要低速和高速下分别搭建位置估计模型，还要考虑在切换时设计一个过渡算法，以使得位置估计模块在全速域内能能够平滑的进行过渡。所以传统的全速域无传感器控制是一种基于混合算法的复合控制，这使得总体结构复杂。

基于此，本领域技术人员致力于提供一种永磁开关磁链电机的直接转矩控制系统及方法，不仅需要抑制转矩脉动问题，还需要解决电机全速域的过渡控制问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了永磁开关磁链电机无位置传感器直接转矩控制系统及控制方法，在转矩控制环节和磁链控制环节引入滑模控制器，有效抑制了转矩脉动；在位置估计环节引入二次扩展反电势模型，实现了全速域转子位置估计，提高了估计精度。

为达到以上目的，本发明一方面提供了永磁开关磁链电机无位置传感器直接转矩控制系统，包括速度位置估计单元和滑模控制单元；

所述速度位置估计单元包括：

扩展反电动势模块，用以检测电机当前转速是否大于等于设定转速阈值，若是，由扩展反电动势模型得到扩展反电动势的幅值；若否，向扩展反电动势模型中注入高频信号，直至电机转速大于等于设定的转速阈值，并由扩展反电动势模型得到扩展反电动势的幅值；

二次扩展反电动势模块，用以根据扩展反电动势模块得到的扩展反电动势幅值，得到二次扩展反电动势，

锁相环模块，用以根据二次扩展反电动势得到转子的速度和位置；

所述滑模控制单元包括：

转矩滑模控制器，用以根据转子速度得到参考转矩和电机的转矩T_e得到参考电压的q轴分量；