本發(fā)明涉及電機控制技術領域，更具體地說，涉及永磁同步電機無位置傳感器控制方法和裝置。

背景技術：

永磁同步電機調速控制系統(tǒng)需要獲取精確的轉子位置和速度信息作為反饋量以形成閉環(huán)控制。但利用高精度的位置傳感器來直接測量轉子位置和速度信息，不僅增加了系統(tǒng)成本，還降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性。為克服位置傳感器的上述缺點，永磁同步電機無位置傳感器控制技術應運而生。

永磁同步電機無位置傳感器控制技術，是指利用適當的算法來估算出轉子位置和速度信息，從而取代位置傳感器的技術。目前，比較成熟的算法有反電動勢直接計算法、高頻信號注入法、觀測器法等，但這些算法都存在同樣的缺陷，就是在零速和低速段精度差，因而難以在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了永磁同步電機無位置傳感器控制方法和裝置，以實現(xiàn)在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息。

一種永磁同步電機無位置傳感器控制方法，包括：

確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈；

對所述d-q坐標系下的電流型定子磁鏈進行反Park變換，得到α-β坐標系下的電流型定子磁鏈；其中，所述進行反Park變換時所用位置信號為上一次估算出的永磁同步電機轉子位置；

利用引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈；其中，所述模型偏差補償控制量是所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量；

根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈；

利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，估算出永磁同步電機的轉子位置和速度信息。

其中，所述確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈，包括：

利用電流型定子磁鏈估算模型，估算出d-q坐標系下的電流型定子磁鏈；

所述電流型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電流型定子磁鏈在d、q軸的分量；i_d和i_q分別為d、q軸采樣電流；L_d和L_q分別為d、q軸電感；ψ_r為永磁體磁鏈。

其中，所述引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；u_α和u_β分別為α、β軸指令電壓；R_s為定子電阻；i_α和i_β分別為α、β軸采樣電流；u_{com_α}和u_{com_β}分別為u_com在α、β軸的分量；u_com為所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量，作為所述模型偏差補償控制量。

其中，所述根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈，包括：

根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；

對所述α-β坐標系下的轉子磁鏈作Park變換，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈。

其中，所述根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈，包括：

將所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈輸入轉子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；

所述轉子磁鏈估算模型為

式中，ψ_rα和ψ_rβ分別為轉子磁鏈在α、β軸的分量；和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；ψ_{rα_diff}和ψ_{rβ_diff}為對Var_L·i在d、q軸的分量Var_L_di_d和Var_L_qi_q作反Park變換后得到的α、β軸分量；Var_L·i為定子電流與電感的乘積通過低通濾波器后的值；為所述上一次估算出的永磁同步電機轉子位置。

一種永磁同步電機無位置傳感器控制裝置，包括：

電流型定子磁鏈估算單元，用于確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈；對所述d-q坐標系下的電流型定子磁鏈進行反Park變換，得到α-β坐標系下的電流型定子磁鏈；其中，所述進行反Park變換時所用位置信號為上一次估算出的永磁同步電機轉子位置；

電壓型定子磁鏈估算單元，用于利用引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈；其中，所述模型偏差補償控制量是所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量；

轉子磁鏈估算單元，用于根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈；

鎖相單元，用于利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，估算出永磁同步電機的轉子位置和速度信息。

其中，所述電流型定子磁鏈估算單元具體用于利用電流型定子磁鏈估算模型，確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈；

所述電流型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電流型定子磁鏈在d、q軸的分量；i_d和i_q分別為d、q軸采樣電流；L_d和L_q分別為d、q軸電感；ψ_r為永磁體磁鏈。

其中，所述引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；u_α和u_β分別為α、β軸指令電壓；R_s為定子電阻；i_α和i_β分別為α、β軸采樣電流；u_{com_α}和u_{com_β}分別為u_com在α、β軸的分量；u_com為所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量，作為所述模型偏差補償控制量。

其中，所述轉子磁鏈估算單元，具體用于根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；以及對所述α-β坐標系下的轉子磁鏈作Park變換，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈。

其中，所述轉子磁鏈估算單元具體用于將所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈輸入轉子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；

所述轉子磁鏈估算模型為

式中，ψ_rα和ψ_rβ分別為轉子磁鏈在α、β軸的分量；和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；ψ_{rα_diff}和ψ_{rβ_diff}為對Var_L·i在d、q軸的分量Var_L_di_d和Var_L_qi_q作反Park變換后得到的α、β軸分量；Var_L·i為定子電流與電感的乘積通過低通濾波器后的值；為所述上一次估算出的永磁同步電機轉子位置。

從上述的技術方案可以看出，本發(fā)明將電壓、電流型定子磁鏈觀測相結合計算得到轉子磁鏈，并利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，由于q軸分量為零時對應的轉子位置和速度信息是準確的，因而本發(fā)明能夠在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例公開的一種永磁同步電機無位置傳感器控制方法流程圖；

圖2為與圖1對應的永磁同步電機無位置傳感器控制方框圖；

圖3為本發(fā)明實施例公開的一種永磁同步電機無位置傳感器控制裝置結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

參見圖1，本發(fā)明實施例公開了一種永磁同步電機無位置傳感器控制方法，以實現(xiàn)在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息，包括：

步驟S01：確定d-q坐標系(即兩相同步旋轉坐標系)下的電流型定子磁鏈。

具體的，所述確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈，包括：利用電流型定子磁鏈估算模型，估算出d-q坐標系下的電流型定子磁鏈。

其中，所述電流型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電流型定子磁鏈在d、q軸的分量；i_d和i_q分別為d、q軸采樣電流，即定子電流在d、q軸的分量；L_d和L_q分別為d、q軸電感；ψ_r為永磁體磁鏈；L_d、L_q和ψ_r均為常數。

步驟S02：對所述d-q坐標系下的電流型定子磁鏈進行反Park變換，得到α-β坐標系(即兩相靜止坐標軸系)下的電流型定子磁鏈；其中，所述進行反Park變換時所用位置信號為上一次估算出的永磁同步電機轉子位置。

具體的，將d-q坐標系的坐標變換為α-β坐標系的坐標的過程，稱為反Park變換。對電流型定子磁鏈作反Park變換，對應的變換公式為

式中，和分別為電流型定子磁鏈在α、β軸的分量；為上一次估算出的永磁同步電機轉子位置，作為對電流型定子磁鏈進行反Park變換時所用位置信號；和分別為電流型定子磁鏈在d、q軸的分量。

步驟S03：利用引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈；其中，所述模型偏差補償控制量是所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量。

具體的，電壓型定子磁鏈估算模型理論公式為

式中，和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；u_α和u_β分別為α、β軸指令電壓；R_s為定子電阻，為常數；i_α和i_β分別為α、β軸采樣電流。

顯然，電壓型定子磁鏈估算模型理論公式實際上是一個純積分器，而純積分器的累積誤差和漂移問題都會導致系統(tǒng)失穩(wěn)。為解決該問題，本實施例利用一階慣性濾波環(huán)節(jié)來代替純積分環(huán)節(jié)，具體為：在α軸上，令u_α-R_s·i_α減去u_{com_α}后再進行積分計算；在β軸上，令u_β-R_s·i_β減去u_{com_β}后再進行積分計算。其中，u_{com_α}和u_{com_β}分別為u_com在α、β軸的分量；u_com為本次估算出的α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器(如PI調節(jié)器)調節(jié)后的輸出量。

改進后的電壓型定子磁鏈估算模型為

式中，各參數定義參見前文描述，此處不再贅述。

步驟S04：根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈。

具體的，所述根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈，包括：根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；然后對所述α-β坐標系下的轉子磁鏈作Park變換，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈。

其中，所述根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈，具體為：將所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈輸入轉子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈。

其中，所述轉子磁鏈估算模型為

式中，ψ_rα和ψ_rβ分別為轉子磁鏈在α、β軸的分量；和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；ψ_{rα_diff}和ψ_{rβ_diff}為對Var_L·i在d、q軸的分量Var_L_di_d和Var_L_qi_q作反Park變換后得到的α、β軸分量；Var_L·i為定子電流與電感的乘積通過低通濾波器后的值(Var_L_di_d相當于是L_di_d通過低通濾波器后的值，Var_L_qi_q相當于是L_qi_q通過低通濾波器后的值，本實施例之所以要引入低通濾波器，是為了增加阻尼，避免估算轉子磁鏈時的震蕩)；為上一次估算出的永磁同步電機轉子位置。

步驟S05：利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，估算出永磁同步電機的轉子位置和速度信息。

由于轉子磁鏈的q軸分量為零時，估算出的永磁同步電機的轉子位置為和速度才是準確的，所以本實施例利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，在鎖相過程中，鎖相環(huán)始終按照q軸分量偏離零的相反方向改變永磁同步電機的轉子位置和速度信息，每次估算出的轉子位置都會被賦值到步驟S02中作為下一輪計算的輸入，直至q軸分量為零時鎖相結束，從而實現(xiàn)了對轉子位置和速度信息的精確追蹤。

由上可知，本實施例將電壓、電流型定子磁鏈觀測相結合計算得到轉子磁鏈，并利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，由于q軸分量為零時對應的轉子位置和速度信息是準確的，因而本發(fā)明能夠在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息。本實施例對應的永磁同步電機無位置傳感器控制方框圖如圖2所示。

基于同樣的發(fā)明構思，參見圖3，本發(fā)明實施例公開了一種永磁同步電機無位置傳感器控制裝置，以實現(xiàn)在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息，包括：

電流型定子磁鏈估算單元100，用于確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈；對所述d-q坐標系下的電流型定子磁鏈進行反Park變換，得到α-β坐標系下的電流型定子磁鏈；其中，所述進行反Park變換時所用位置信號為上一次估算出的永磁同步電機轉子位置；

電壓型定子磁鏈估算單元200，用于利用引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈；其中，所述模型偏差補償控制量是所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量；

轉子磁鏈估算單元300，用于根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈；

鎖相單元400，用于利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，估算出永磁同步電機的轉子位置和速度信息。

其中，電流型定子磁鏈估算單元100具體用于利用電流型定子磁鏈估算模型，確定d-q坐標系下的電流型定子磁鏈；

所述電流型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電流型定子磁鏈在d、q軸的分量；i_d和i_q分別為d、q軸采樣電流；L_d和L_q分別為d、q軸電感；ψ_r為永磁體磁鏈。

其中，所述引入有模型偏差補償控制量的電壓型定子磁鏈估算模型為

式中，和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；u_α和u_β分別為α、β軸指令電壓；R_s為定子電阻；i_α和i_β分別為α、β軸采樣電流；u_{com_α}和u_{com_β}分別為u_com在α、β軸的分量；u_com為所述α-β坐標系下的電流型定子磁鏈與上一次估算出的α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈之間的偏差經過調節(jié)器調節(jié)后的輸出量，作為所述模型偏差補償控制量。

其中，轉子磁鏈估算單元300具體用于根據所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；以及對所述α-β坐標系下的轉子磁鏈作Park變換，得到d-q坐標系下的轉子磁鏈。

其中，轉子磁鏈估算單元300具體用于將所述α-β坐標系下的電壓型定子磁鏈輸入轉子磁鏈估算模型，估算出α-β坐標系下的轉子磁鏈；

所述轉子磁鏈估算模型為

式中，ψ_rα和ψ_rβ分別為轉子磁鏈在α、β軸的分量；和分別為電壓型定子磁鏈在α、β軸的分量；ψ_{rα_diff}和ψ_{rβ_diff}為對Var_L·i在d、q軸的分量Var_L_di_d和Var_L_qi_q作反Park變換后得到的α、β軸分量；Var_L·i為定子電流與電感的乘積通過低通濾波器后的值；為所述上一次估算出的永磁同步電機轉子位置。

綜上所述，本發(fā)明將電壓、電流型定子磁鏈觀測相結合計算得到轉子磁鏈，并利用鎖相環(huán)將所述轉子磁鏈的q軸分量鎖定為零，由于q軸分量為零時對應的轉子位置和速度信息是準確的，因而本發(fā)明能夠在全速度范圍內都獲得高精度的轉子位置和速度信息。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明實施例的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明實施例將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。