CN105227025A - 一种永磁同步电机低载波比无位置传感器控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步电机低载波比无位置传感器控制系统及其控制方法，涉及一种用于永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制装置，属于电机控制领域。为了解决传统永磁同步电机控制系统及转子位置观测系统无法在低载波比条件下运行的问题。本发明采用数字延迟补偿器提高电流环带宽，采用复矢量PI控制器实现对电流的解耦控制，采用同步旋转轴系下低载波比观测器实现反电动势信息观测，通过软件锁相环获得转子位置、转速观测值，采用SVPWM变频器实现对永磁同步电机的控制。本发明的有益效果是信号处理方法简单易行、可靠实用，动态性能好，能够实现永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器运行；适用于永磁同步电机无位置传感器的控制。

Description

一种永磁同步电机低载波比无位置传感器控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制装置，属于电机控制领域。

背景技术

近年来，永磁同步电机调速系统逐渐成为交流调速传动领域的研究热点。究其原因，与传统的异步电机相比，永磁同步电机的优点在于：结构简单、体积小、重量轻、运行可靠、功率密度高、调速性能好等，永磁同步电机已成为变频调速电气传动系统的理想选择，其应用领域十分广泛。按照永磁同步电机转子永磁体结构的不同，可以分为表贴式和内置式两种。

目前，在高性能永磁同步电机调速系统应用中，通常需要在电机轴端部安装光电编码器、旋转变压器或者霍尔传感器等机械位置检测元件来获取转子磁极的位置信息，然而位置传感器的安装使得系统成本增加、体积增大、可靠性降低，并且限制了永磁同步电机的应用场合。因此，研究低成本、强鲁棒性无位置传感器永磁同步电机控制方法，成了交流电机控制技术领域中的研究热点。按照永磁同步电机无位置传感器技术的适用范围，通常将其分成两类：一类是适用于中高速的无位置传感器技术，另一类是适用于低速(零速)的无位置传感器技术，分别是根据电机基频数学模型和凸极结构特性来实现的。适用于中高速的永磁同步电机无位置传感器技术通过基频激励的反电动势或者磁链模型来观测转子位置/速度信息，而不需要利用电机的凸极，这使得适用于中高速的无位置传感器技术应用更广泛，而且相对简单。

然而，传统双闭环矢量控制系统由于未考虑数字延迟影响，使得其在低载波比条件下出现不稳定现象，且随着载波比降低，同步旋转轴系下永磁同步电机系统耦合程度会越来越大，限制了永磁同步电机控制性能。为实现无传感器控制，通常采用静止轴系下电机模型构造转子位置观测器，通过反电动势信息观测位置信息。然而，静止轴系下反电动势为交流量，由于带宽限制使得其在低载波比条件下存在较大相位滞后，恶化了无位置传感器控制性能。因此，针对低载波比条件，实现永磁同步电机系统解耦，并准确观测位置信息至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统永磁同步电机控制系统及转子位置观测系统无法在低载波比条件下运行的问题，提出了一种永磁同步电机低载波比无位置传感器控制系统及其控制方法。

本发明所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，它包括一号PI控制器、复矢量PI控制器、数字延迟补偿器、Park逆变换器、SVPWM变频器、Park变换器、低载波比观测器和锁相环；

所述SVPWM变频器的三相整流输出端分别与永磁同步电机的三相交流输入端相连；所述永磁同步电机的三相交流输入端分别为U相、V相和W相；

所述Park变换器的一号电流信号输入端与永磁同步电机的U相相连，Park变换器的二号电流信号输入端与永磁同步电机的V相相连，Park变换器的三号电流信号输入端与永磁同步电机的W相相连；

所述Park变换器的一号电流信号输出端分别与低载波比观测器的一号电流信号输入端和复矢量PI控制器的一号电流信号输入端相连，所述Park变换器的二号电流信号输出端分别与低载波比观测器的二号电流信号输入端和复矢量PI控制器的二号电流信号输入端相连；

所述低载波比观测器的观测值信号输出端与锁相环的观测值信号输入端相连；

所述锁相环的转速反馈信号输出端与一号PI控制器的转速信号输入端相连，锁相环的转子位置信号输出端分别与Park逆变换器的转子位置信号输入端和Park变换器的转子位置信号输入端相连；

所述一号PI控制器的一号电流信号输出端与复矢量PI控制器的一号电流输入端相连，所述一号PI控制器的二号电流信号输出端与复矢量PI控制器的二号电流输入端相连；

所述复矢量PI控制器的一号电压信号输出端与数字延迟补偿器的一号电压信号输入端相连，所述复矢量PI控制器的二号电压信号输出端与数字延迟补偿器的二号电压信号输入端相连；

所述数字延迟补偿器的一号电压信号输出端同时与Park逆变换器的一号电压信号输入端和低载波比观测器的一号电压信号输入端相连，所述数字延迟补偿器的二号电压信号输出端同时与Park逆变换器的二号电压信号输入端和低载波比观测器的二号电压信号输入端相连；

所述Park逆变换器的一号电压信号输出端与SVPWM变频器的一号电压输入端相连，所述Park逆变换器的二号电压信号输出端与SVPWM变频器的二号电压输入端相连。

所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法，该方法是由以下步骤实现的：

步骤一、一号PI控制器结合转速指令将反馈转速转换为一号PI控制器一号电流信号输出端的电流信号和一号PI控制器二号电流信号输出端的电流信号

所述转速指令为预先设定的目标参数；

步骤二、复矢量PI控制器将同步旋转轴系下的电流信号i_d与PI控制器一号电流信号输出端输出的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号复矢量PI控制器将同步旋转轴系下的电流信号i_q与PI控制器二号电流信号输出端输出的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号

步骤三、数字延迟补偿器将同步旋转轴系电压参考信号和同步旋转轴系电压参考信号转换为补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号

步骤四、Park逆变换器结合步骤八中的转子位置信号将补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为电压控制信号和电压控制信号

步骤五、SVPWM变频器根据电压控制信号和电压控制信号完成对永磁同步电机的三相交流输入端电流大小的控制；

步骤六、Park变换器结合步骤八中的转子位置信号将永磁同步电机的三相交流输入端的U相电流信号i_a、V相电流信号i_b和W相电流信号i_c转换为同步旋转轴系下的电流信号i_d和电流信号i_q；

步骤七、低载波比观测器将同步旋转轴系下的电流信号i_d、同步旋转轴系下的电流信号i_q、补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为观测值信号ε_e；

步骤八、锁相环将观测值信号ε_e转换为反馈转速和转子位置信号

所述Park变换器将感测到的SVPWM变频器输送给永磁同步电机三相交流电的信号值转换为同步旋转轴系下的电流信号；

所述低载波比观测器结合转子位置信号，将补偿后的电压参考信号和同步旋转轴系下的电流信号转换为观测值信号；

所述锁相环用于将观测值信号转换为转子位置信号和反馈转速信号；

所述一号PI控制器用于将反馈转速信号和转速指令做差后转换为电流信号；

所述复矢量PI控制器用于将一号PI控制器转换后的电流信号与同步旋转轴系下的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号；

所述数字延迟补偿器用于将同步旋转轴系电压参考信号转换为补偿后的电压参考信号；

所述Park逆变换器用于结合转子位置信号，将补偿后的电压参考信号转换为电压控制信号；

所述SVPWM变频器根据电压控制信号完成对永磁同步电机的三相交流输入端电流大小的控制。

本发明的有益效果采用Park变换器完成对永磁同步电机三相交流电的采集与转换，采用复矢量PI控制器实现对电流的解耦控制，采用低载波比观测器对信号进行处理，完成在低载波比情况下的永磁同步电机转子位置的观测，处理方法简单易行、可靠实用、动态性能好；可以广泛地应用到永磁同步电机控制系统中，不需要额外硬件开销，可以获得较满意的控制性能。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的系统结构框图；

图2是具体实施方式一中的两相同步旋转系、两相静止系和三相静止系的相对关系示意图；

图3是具体实施方式三中的锁相环结构框图；

图4是具体实施方式四中的复矢量PI控制器的结构框图；

图5是具体实施方式六中的低载波比观测器的结构框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图5说明本实施方式，本实施方式所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，它包括一号PI控制器1、复矢量PI控制器2、数字延迟补偿器3、Park逆变换器4、SVPWM变频器5、Park变换器7、低载波比观测器8和锁相环9；

所述SVPWM变频器5的三相整流输出端分别与永磁同步电机6的三相交流输入端相连；所述永磁同步电机6的三相交流输入端分别为U相、V相和W相；

所述Park变换器7的一号电流信号输入端与永磁同步电机6的U相相连，Park变换器7的二号电流信号输入端与永磁同步电机6的V相相连，Park变换器7的三号电流信号输入端与永磁同步电机6的W相相连；

所述Park变换器7的一号电流信号输出端分别与低载波比观测器8的一号电流信号输入端和复矢量PI控制器2的一号电流信号输入端相连，所述Park变换器7的二号电流信号输出端分别与低载波比观测器8的二号电流信号输入端和复矢量PI控制器2的二号电流信号输入端相连；

所述低载波比观测器8的观测值信号输出端与锁相环9的观测值信号输入端相连；

所述锁相环9的转速反馈信号输出端与一号PI控制器1的转速信号输入端相连，锁相环9的转子位置信号输出端分别与Park逆变换器4的转子位置信号输入端和Park变换器7的转子位置信号输入端相连；

所述一号PI控制器1的一号电流信号输出端与复矢量PI控制器2的一号电流输入端相连，所述一号PI控制器1的二号电流信号输出端与复矢量PI控制器2的二号电流输入端相连；

所述复矢量PI控制器2的一号电压信号输出端与数字延迟补偿器3的一号电压信号输入端相连，所述复矢量PI控制器2的二号电压信号输出端与数字延迟补偿器3的二号电压信号输入端相连；

所述数字延迟补偿器3的一号电压信号输出端同时与Park逆变换器4的一号电压信号输入端和低载波比观测器8的一号电压信号输入端相连，所述数字延迟补偿器3的二号电压信号输出端同时与Park逆变换器4的二号电压信号输入端和低载波比观测器8的二号电压信号输入端相连；

所述Park逆变换器4的一号电压信号输出端与SVPWM变频器5的一号电压输入端相连，所述Park逆变换器4的二号电压信号输出端与SVPWM变频器5的二号电压输入端相连。

所述Park变换器7将感测到的SVPWM变频器输送给永磁同步电机的三相交流电的信号值转换为同步旋转轴系下的电流信号；

所述低载波比观测器8结合转子位置信号，将补偿后的电压参考信号和同步旋转轴系下的电流信号转换为观测值信号；

所述锁相环9用于将观测值信号转换为转子位置信号和反馈转速信号；

所述一号PI控制器1用于将反馈转速信号和转速指令做差后转换为电流信号；

所述复矢量PI控制器2用于将一号PI控制器转换后的电流信号与同步旋转轴系下的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号；

所述数字延迟补偿器3用于将同步旋转轴系电压参考信号转换为补偿后的电压参考信号；

所述Park逆变换器4用于结合转子位置信号将补偿后的电压参考信号转换为电压控制信号；

所述SVPWM变频器5根据电压控制信号完成对永磁同步电机6的三相交流输入端电流大小的控制。

永磁同步电机6是交流同步电机调速系统的主要环节，永磁同步电机的两相同步旋转系、两相静止系和三相静止系的相对关系如图5所示，取转子永磁体基波励磁磁场轴线为d轴，q轴顺着旋转方向超前d轴90度，即，q轴与d轴的夹角为90电角度；d-q轴系随同转子以角速度ω_r一同旋转，它的空间坐标以d轴与参考轴A相轴间的角度来表示，规定A相所在轴——参考轴A相轴为零度。则转子初始位置角为初始时的转子磁场与参考轴A相轴之间的夹角。参考轴A相轴与两相静止坐标系下的α轴重合，β轴顺着旋转方向超前α轴90度，即，β轴与α轴的夹角为90电角度。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统进一步限定，在本实施方式中，所述数字延迟补偿器3的补偿函数为所述 $f_{com}({\widehat{\mathrm{\ω}}}_e,T_s)=\frac{sin\left(0.5{\widehat{\mathrm{\ω}}}_e{T}_s\right)}{0.5{\widehat{\mathrm{\ω}}}_e{T}_s}{e}^{j\left(1.5{\widehat{\mathrm{\ω}}}_e{T}_s\right)},$ 其中，为永磁同步电机6转子的角速度，T_s为SVPWM变频器5的PWM开关周期。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统进一步限定，在本实施方式中，所述锁相环9包括二号PI控制器92和一号积分器91；

所述二号PI控制器92的输入端为锁相环9的观测值信号输入端，所述二号PI控制器92的输出端为锁相环9的转速反馈信号输出端，二号PI控制器92的输出端与一号积分器91的输入端相连，一号积分器91的输出端为锁相环9的转子位置信号的输出端。

所述二号PI控制器92用于将观测值信号转换为转速反馈信号，同时为一号积分器91提供转子位置观测信号；

所述一号积分器91用于将转子位置观测信号转换为转子位置信号。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统进一步限定，在本实施方式中，所述复矢量PI控制器2包括一号电流调节器比例增益23、二号电流调节器比例增益24、二号积分器21、三号积分器22、一号电机角速度运算器25、二号电机角速度运算器26、一号电流调节器积分增益27、二号电流调节器积分增益28和解耦器29；

所述一号电流调节器比例增益23的输入端为复矢量PI控制器2的一号电流信号输入端，一号电流调节器比例增益23的输出端同时与一号电流调节器积分增益27的输入端和一号电机角速度运算器25的输入端相连；所述二号电流调节器比例增益24的输入端为复矢量PI控制器2的二号电流信号输入端，二号电流调节器比例增益24的输出端同时与二号电流调节器积分增益28的输入端和二号电机角速度运算器26的输入端相连；

所述一号电流调节器积分增益27的输出端与二号积分器21的一号输入端连接；二号电机角速度运算器26的输出端与二号积分器21的二号输入端连接；所述二号积分器21的输出端与一号电流调节器增益23的输出端连接，并作为复矢量PI控制器2的一号电压信号输出端；

所述二号电流调节器积分增益28的输出端与三号积分器22的一号输入端相连；一号电机角速度运算器25的输出端与三号积分器22的二号输入端连接；所述三号积分器22的输出端与解耦器29的一号输入端相连；二号电流调节器增益24的输出端与解耦器29的二号输入端相连；

所述解耦器29的输出端为复矢量PI控制器2二号电压信号输出端。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统进一步限定，在本实施方式中，所述一号电流调节器比例增益23的增益值为k_pd，二号电流调节器比例增益24的增益值为k_pq；

所述k_pd＝ω_b1L_d，k_pq＝ω_b2L_q；

其中，L_d为永磁同步电机的d轴电感，L_q为永磁同步电机的q轴电感，ω_b1为一号电机角速度运算器25的带宽，ω_b2二号电机角速度运算器26的带宽；

所述一号电机角速度运算器25和二号电机角速度运算器26均用于提供永磁同步电机6转子的角速度，一号电机角速度运算器25和二号电机角速度运算器26提供的永磁同步电机6转子的角速度均为

所述一号电流调节器积分增益27的增益值为二号电流调节器积分增益28的增益值为

所述k_id＝ω_b1R_s，k_iq＝ω_b2R_s

其中，R_s为永磁同步电机6定子的电阻；

所述解耦器29的解耦项为其中，λ_f为同步电机6的永磁体的磁链，为常数。

具体实施方式六：结合图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统进一步限定，在本实施方式中，所述低载波比观测器8包括三号电机角速度运算器82、扩展反电动势模型81、全阶状态观测模块83和反馈矩阵84；

所述扩展反电动势模型81的一号电压信号输入端为低载波比观测器8的一号电压信号输入端，扩展反电动势模型81的二号电压信号输入端为低载波比观测器8的二号电压信号输入端；

所述三号电机角速度运算器82的角速度信号输出端与全阶状态观测模块83的角速度信号输入端相连；三号电机角速度运算器82用于提供永磁同步电机6转子的角速度；

所述全阶状态观测模块83的一号电流信号输入端为低载波比观测器8的一号电流信号输入端，全阶状态观测模块83的二号电流信号输入端为低载波比观测器8的二号电流信号输入端；

所述全阶状态观测模块83的一号观测电流信号输出端和扩展反电动势模型81的一号电流信号输出端同时与反馈矩阵84的一号电流信号输入端相连，全阶状态观测模块83的二号观测电流信号输出端和扩展反电动势模型81的二号电流信号输出端同时与反馈矩阵84的二号电流信号输入端相连；

所述反馈矩阵84的反馈电流信号输出端与全阶状态观测模块83的反馈电流信号输入端相连；

所述全阶状态观测模块83的观测值信号输出端为低载波比观测器8的观测值信号输出端。

具体实施方式七：本实施方式是具体实施方式六所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法，在本实施方式中，所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法是由以下步骤实现的：

步骤一、一号PI控制器1结合转速指令将反馈转速转换为一号PI控制器1一号电流信号输出端的电流信号和一号PI控制器1二号电流信号输出端的电流信号

所述转速指令为预先设定的目标参数；

步骤二、复矢量PI控制器2将同步旋转轴系下的电流信号i_d与PI控制器1一号电流信号输出端输出的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号复矢量PI控制器2将同步旋转轴系下的电流信号i_q与PI控制器1二号电流信号输出端输出的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号

步骤三、数字延迟补偿器3将同步旋转轴系电压参考信号和同步旋转轴系电压参考信号转换为补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号

步骤四、Park逆变换器4结合步骤八中的转子位置信号将补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为电压控制信号和电压控制信号

步骤五、SVPWM变频器5根据电压控制信号和电压控制信号完成对永磁同步电机6的三相交流输入端电流大小的控制；

步骤六、Park变换器7结合步骤八中的转子位置信号将永磁同步电机6的三相交流输入端的U相电流信号i_a、V相电流信号i_b和W相电流信号i_c转换为同步旋转轴系下的电流信号i_d和电流信号i_q；

步骤七、低载波比观测器8将同步旋转轴系下的电流信号i_d、同步旋转轴系下的电流信号i_q、补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为观测值信号ε_e；

步骤八、锁相环9将观测值信号ε_e转换为反馈转速和转子位置信号

初始状态时，电流信号i_a、电流信号i_b和流信号i_c均为0，Park变换器7输出的同步旋转轴系下的电流信号i_d和电流信号i_q为0，锁相环9输出反馈转速为0；转速指令通过一号PI控制器1、复矢量PI控制器2、数字延迟补偿器3和Park逆变换器4控制SVPWM变频器5的电压控制信号和电压控制信号进而增大永磁同步电机6的三相交流输入端的电流；随着永磁同步电机6的三相交流输入端的电流的增大，电流信号i_a、电流信号i_b和流信号i_c不断增大，Park变换器7输出的同步旋转轴系下的电流信号i_d和电流信号i_q变大；低载波比观测器8输出的观测值信号ε_e变大，锁相环9输出的反馈转速变大；

当反馈转速与转速指令相等时，此时，一号PI控制器1的输入为0，一号PI控制器1输出的电流信号与Park变换器7输出的同步旋转轴系下的电流信号i_d相等，一号PI控制器1输出的电流信号与Park变换器7输出的同步旋转轴系下的电流信号i_q相等，即复矢量PI控制器2的输入为0，此时，数字延迟补偿器3、Park逆变换器4和SVPWM变频器5的输入均为0，即永磁同步电机6的转速达到设定的目标参数。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法进行解释说明，在本实施方式中，所述步骤七中的低载波比观测器8将同步旋转轴系下的电流信号i_d、同步旋转轴系下的电流信号i_q、补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为观测值信号ε_e的具体过程为：

步骤a、同步旋转轴系下的电流信号i_d经过全阶状态观测模块83的处理得到观测电流信号同步旋转轴系下的电流信号i_q经过全阶状态观测模块83的处理得到观测电流信号

步骤b、补偿后的电压参考信号经过扩展反电动势模型81转换为补偿后的电流参考信号补偿后的电压参考信号经过扩展反电动势模型81转换为补偿后的电流参考信号

步骤c、反馈矩阵84将观测电流信号补偿后的电流参考信号观测电流信号和补偿后的电流参考信号转换为全阶观测电流信号

步骤d、全阶状态观测模块83结合三号电机角速度运算器82提供的永磁同步电机6转子的角速度将全阶观测电流信号转换为观测值信号ε_e。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，它包括一号PI控制器(1)、复矢量PI控制器(2)、数字延迟补偿器(3)、Park逆变换器(4)、SVPWM变频器(5)、Park变换器(7)、低载波比观测器(8)和锁相环(9)；

所述SVPWM变频器(5)的三相整流输出端分别与永磁同步电机(6)的三相交流输入端相连；所述永磁同步电机(6)的三相交流输入端分别为U相、V相和W相；

所述Park变换器(7)的一号电流信号输入端与永磁同步电机(6)的U相相连，Park变换器(7)的二号电流信号输入端与永磁同步电机(6)的V相相连，Park变换器(7)的三号电流信号输入端与永磁同步电机(6)的W相相连；

所述Park变换器(7)的一号电流信号输出端分别与低载波比观测器(8)的一号电流信号输入端和复矢量PI控制器(2)的一号电流信号输入端相连，所述Park变换器(7)的二号电流信号输出端分别与低载波比观测器(8)的二号电流信号输入端和复矢量PI控制器(2)的二号电流信号输入端相连；

所述低载波比观测器(8)的观测值信号输出端与锁相环(9)的观测值信号输入端相连；

所述锁相环(9)的转速反馈信号输出端与一号PI控制器(1)的转速信号输入端相连，锁相环(9)的转子位置信号输出端分别与Park逆变换器(4)的转子位置信号输入端和Park变换器(7)的转子位置信号输入端相连；

所述一号PI控制器(1)的一号电流信号输出端与复矢量PI控制器(2)的一号电流输入端相连，所述一号PI控制器(1)的二号电流信号输出端与复矢量PI控制器(2)的二号电流输入端相连；

所述复矢量PI控制器(2)的一号电压信号输出端与数字延迟补偿器(3)的一号电压信号输入端相连，所述复矢量PI控制器(2)的二号电压信号输出端与数字延迟补偿器(3)的二号电压信号输入端相连；

所述数字延迟补偿器(3)的一号电压信号输出端同时与Park逆变换器(4)的一号电压信号输入端和低载波比观测器(8)的一号电压信号输入端相连，所述数字延迟补偿器(3)的二号电压信号输出端同时与Park逆变换器(4)的二号电压信号输入端和低载波比观测器(8)的二号电压信号输入端相连；

所述Park逆变换器(4)的一号电压信号输出端与SVPWM变频器(5)的一号电压输入端相连，所述Park逆变换器(4)的二号电压信号输出端与SVPWM变频器(5)的二号电压输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，所述数字延迟补偿器(3)的补偿函数为

所述 $f_{com}({\widehat{\mathrm{\ω}}}_e,T_s)=\frac{sin\left(0.5{\widehat{\mathrm{\ω}}}_e{T}_s\right)}{0.5{\widehat{\mathrm{\ω}}}_e{T}_s}{e}^{j\left(1.5{\widehat{\mathrm{\ω}}}_e{T}_s\right)};$ 其中，为永磁同步电机(6)转子的角速度，T_s为SVPWM变频器(5)的PWM开关周期。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，所述锁相环(9)包括二号PI控制器(92)和一号积分器(91)；

所述二号PI控制器(92)的输入端为锁相环(9)的观测值信号输入端，所述二号PI控制器(92)的输出端为锁相环(9)的转速反馈信号输出端，二号PI控制器(92)的输出端与一号积分器(91)的输入端相连，一号积分器(91)的输出端为锁相环(9)的转子位置信号的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，所述复矢量PI控制器(2)包括一号电流调节器比例增益(23)、二号电流调节器比例增益(24)、二号积分器(21)、三号积分器(22)、一号电机角速度运算器(25)、二号电机角速度运算器(26)、一号电流调节器积分增益(27)、二号电流调节器积分增益(28)和解耦器(29)；

所述一号电流调节器比例增益(23)的输入端为复矢量PI控制器(2)的一号电流信号输入端，一号电流调节器比例增益(23)的输出端同时与一号电流调节器积分增益(27)的输入端和一号电机角速度运算器(25)的输入端相连；所述二号电流调节器比例增益(24)的输入端为复矢量PI控制器(2)的二号电流信号输入端，二号电流调节器比例增益(24)的输出端同时与二号电流调节器积分增益(28)的输入端和二号电机角速度运算器(26)的输入端相连；

所述一号电流调节器积分增益(27)的输出端与二号积分器(21)的一号输入端连接；二号电机角速度运算器(26)的输出端与二号积分器(21)的二号输入端连接；所述二号积分器(21)的输出端与一号电流调节器增益(23)的输出端连接，并作为复矢量PI控制器(2)的一号电压信号输出端；

所述二号电流调节器积分增益(28)的输出端与三号积分器(22)的一号输入端相连；一号电机角速度运算器(25)的输出端与三号积分器(22)的二号输入端连接；所述三号积分器(22)的输出端与解耦器(29)的一号输入端相连；二号电流调节器增益(24)的输出端与解耦器(29)的二号输入端相连；

所述解耦器(29)的输出端为复矢量PI控制器(2)二号电压信号输出端。

5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，所述一号电流调节器比例增益(23)的增益值为k_pd，二号电流调节器比例增益(24)的增益值为k_pq；

所述k_pd＝ω_b1L_d，k_pq＝ω_b2L_q；

其中，L_d为永磁同步电机的d轴电感，L_q为永磁同步电机的q轴电感，ω_b1为一号电机角速度运算器(25)的带宽，ω_b2二号电机角速度运算器(26)的带宽；

所述一号电机角速度运算器(25)和二号电机角速度运算器(26)均用于提供永磁同步电机(6)转子的角速度，一号电机角速度运算器(25)和二号电机角速度运算器(26)提供的永磁同步电机(6)转子的角速度均为

所述一号电流调节器积分增益(27)的增益值为二号电流调节器积分增益(28)的增益值为

所述k_id＝ω_b1R_s，k_iq＝ω_b2R_s

其中，R_s为永磁同步电机(6)定子的电阻；

所述解耦器(29)的解耦项为其中，λ_f为同步电机(6)的永磁体的磁链，为常数。

6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统，其特征在于，所述低载波比观测器(8)包括三号电机角速度运算器(82)、扩展反电动势模型(81)、全阶状态观测模块(83)和反馈矩阵(84)；

所述扩展反电动势模型(81)的一号电压信号输入端为低载波比观测器(8)的一号电压信号输入端，扩展反电动势模型(81)的二号电压信号输入端为低载波比观测器(8)的二号电压信号输入端；

所述三号电机角速度运算器(82)的角速度信号输出端与全阶状态观测模块(83)的角速度信号输入端相连；三号电机角速度运算器(82)用于提供永磁同步电机(6)转子的角速度；

所述全阶状态观测模块(83)的一号电流信号输入端为低载波比观测器(8)的一号电流信号输入端，全阶状态观测模块(83)的二号电流信号输入端为低载波比观测器(8)的二号电流信号输入端；

所述全阶状态观测模块(83)的一号观测电流信号输出端和扩展反电动势模型(81)的一号电流信号输出端同时与反馈矩阵(84)的一号电流信号输入端相连，全阶状态观测模块(83)的二号观测电流信号输出端和扩展反电动势模型(81)的二号电流信号输出端同时与反馈矩阵(84)的二号电流信号输入端相连；

所述反馈矩阵(84)的反馈电流信号输出端与全阶状态观测模块(83)的反馈电流信号输入端相连；

所述全阶状态观测模块(83)的观测值信号输出端为低载波比观测器(8)的观测值信号输出端。

7.根据权利要求6所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法，其特征在于，该方法是由以下步骤实现的：

步骤一、一号PI控制器(1)结合转速指令将反馈转速转换为一号PI控制器(1)一号电流信号输出端的电流信号和一号PI控制器(1)二号电流信号输出端的电流信号

所述转速指令为预先设定的目标参数；

步骤二、复矢量PI控制器(2)将同步旋转轴系下的电流信号i_d与PI控制器(1)一号电流信号输出端输出的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号复矢量PI控制器(2)将同步旋转轴系下的电流信号i_q与PI控制器(1)二号电流信号输出端输出的电流信号转换为同步旋转轴系电压参考信号

步骤三、数字延迟补偿器(3)将同步旋转轴系电压参考信号和同步旋转轴系电压参考信号转换为补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号

步骤四、Park逆变换器(4)结合步骤八中的转子位置信号将补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为电压控制信号和电压控制信号

步骤五、SVPWM变频器(5)根据电压控制信号和电压控制信号完成对永磁同步电机(6)的三相交流输入端电流大小的控制；

步骤六、Park变换器(7)结合步骤八中的转子位置信号将永磁同步电机(6)的三相交流输入端的U相电流信号i_a、V相电流信号i_b和W相电流信号i_c转换为同步旋转轴系下的电流信号i_d和电流信号i_q；

步骤七、低载波比观测器(8)将同步旋转轴系下的电流信号i_d、同步旋转轴系下的电流信号i_q、补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为观测值信号ε_e；

步骤八、锁相环(9)将观测值信号ε_e转换为反馈转速和转子位置信号

8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机低载波比条件下无位置传感器控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤七中的低载波比观测器(8)将同步旋转轴系下的电流信号i_d、同步旋转轴系下的电流信号i_q、补偿后的电压参考信号和补偿后的电压参考信号转换为观测值信号ε_e的具体过程为：

步骤a、同步旋转轴系下的电流信号i_d经过全阶状态观测模块(83)的处理得到观测电流信号同步旋转轴系下的电流信号i_q经过全阶状态观测模块(83)的处理得到观测电流信号

步骤b、补偿后的电压参考信号经过扩展反电动势模型(81)转换为补偿后的电流参考信号补偿后的电压参考信号经过扩展反电动势模型(81)转换为补偿后的电流参考信号

步骤c、反馈矩阵(84)将观测电流信号补偿后的电流参考信号观测电流信号和补偿后的电流参考信号转换为全阶观测电流信号

步骤d、全阶状态观测模块(83)结合三号电机角速度运算器(82)提供的永磁同步电机(6)转子的角速度将全阶观测电流信号转换为观测值信号ε_e。