[发明专利]永磁同步电机的无传感器矢量控制系统和控制方法

摘要

本发明提供一种永磁同步电机的无传感器矢量控制系统和控制方法，该方法包括启动-低速控制、中高速控制和过渡区域控制：启动-低速控制基于回归模型分别建立了低速转子位置观测器和低速转子速度观测器；中高速控制通过传统滑模观测器方法实现；过渡区域控制同时考虑转速和转子位置误差两个因素，保证切换过程的平滑。本发明的方案可保证无传感器永磁同步电机在全速范围内的可靠运行，在低速段建模过程与电机数学模型无关且不需要叠加高频信号，估计结果不会受到参数精度的影响，中高速控制仍通过滑模观测器实现，保留滑模观测器鲁棒性强且性能稳定的特点。两种方法的切换过程同时考虑转速和转子位置误差两个因素，保证了切换过程的平滑过渡。

主权项

1.一种永磁同步电机的无传感器矢量控制系统，其特征在于，包括：前置电流滤波器（101）、低速转子位置观测器（102）、低速转子速度观测器（103）、三相静止向两相静止坐标变换器（104-1）、滑模观测器（104-2）、微分器（104-3）、模式转换器（105）、三相静止向两相旋转坐标变换器（106）、PI速度控制器（107）、PI交轴电流控制器（108）、PI直轴电流控制器（109）、两相旋转向两相静止坐标变换器（110）、空间矢量脉宽控制器（111）、逆变器（112）、a相电流传感器（113）和b相电流传感器（114），该控制系统（100）通过逆变器（112）与被控电机（200）相连，其中：所述模式转换器（105）输出的转子速度估计值与一电机转子速度给定值相比较的差值作为PI速度控制器（107）的输入，PI速度控制器（107）输出的交轴电流给定值和三相静止向两相旋转坐标变换器（106）输出的交轴电流反馈值相比较的差值输入给PI交轴电流控制器（108），直轴电流给定值和三相静止向两相旋转坐标变换器（106）输出的直轴电流反馈值相比较的差值输入给PI直轴电流控制器（109），PI直轴电流控制器（109）输出的直轴电压给定值u_d和PI交轴电流控制器（108）输出的交轴电压给定值u_q共同输入两相旋转向两相静止坐标变换器（110），两相旋转向两相静止坐标变换器（110）输出的α轴电压给定值u_α和β轴电压给定值u_β共同输入空间矢量脉宽控制器（111），空间矢量脉宽控制器（111）的输出作为逆变器（112）的输入，逆变器（112）的输出作为驱动信号与永磁同步电机（200）三相定子绕组相连；所述永磁同步电机（200）的a相电流通过所述a相电流传感器（113）采集，所述a相电流传感器（113）采集到的a相电流信号分别与前置电流滤波器（101）、三相静止向两相静止坐标变换器（104-1）和三相静止向两相旋转坐标变换器（106）的a相电流输入端相连；所述永磁同步电机（200）的b相电流通过b相电流传感器（114）采集，所述b相电流传感器（114）采集到的b相电流信号分别与三相静止向两相静止坐标变换器（104-1）及三相静止向两相旋转坐标变换器（106）的b相电流输入端相连；所述前置电流滤波器（101）的输出分别与低速转子位置观测器（102）和低速转子速度观测器（103）的输入相连，所述低速转子位置观测器（102）的输出与模式转换器（105）的低速转子位置输入相连，所述低速转子速度观测器（103）的输出与模式转换器（105）的低速转子速度输入相连，所述三相静止向两相静止坐标变换器（104-1）的输出I_α和I_β、两相旋转向两相静止坐标变换器（110）输出的α轴电压给定值u_α和β轴电压给定值u_β共同送入滑模观测器（104-2），该滑模观测器（104-2）的输出分别与模式转换器（105）的滑模转子位置输入及微分器（104-3）的输入相连，该微分器（104-3）的输出与模式转换器（105）的滑模转子速度输入相连，该模式转换器（105）输出的转子角度估计值分别作为三相静止向两相旋转坐标变换器（106）和两相旋转向两相静止坐标变换器（110）的角度输入；所述两相旋转向两相静止坐标变换器（110）根据转子角度估计值将两相旋转的dq轴电压转换为两相静止的αβ轴电压，所述空间矢量脉宽控制器（111）根据所述αβ轴电压产生逆变器（112）的控制信号，所述逆变器（112）根据该控制信号控制永磁同步电机（200）的三相定子电流通断。