CN106160609A - 一种永磁无刷电机控制方法 - Google Patents

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施晓青
王晓琳
顾聪
邓智泉
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0003Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control

Abstract

本发明公开了一种永磁无刷电机控制方法,通过检测电机的相电压和相电流并进行数学处理得到未经校正的转子位置信号,同时对检测到的相电压和相电流另外进行数学处理得到转子磁链,并对相电流做积分处理得到电流积分信号,这个电流积分信号与转子磁链间的相位差即为相电流与反电势间的相位差,然后,通过检测并补偿转子磁链与电流积分信号间的相位差,形成对这个相位差的闭环控制,该闭环的输出值即为转子位置信号的校正值,最终,转子位置信息经校正得到精确值,使电机运行在最佳换向点。本发明能实现无位置传感器控制,有效抑制电流相位滞后,提高电压利用率,增大调速范围和减小转矩脉动。

Description

一种永磁无刷电机控制方法
技术领域
本发明涉及电力传动技术领域,尤其涉及一种永磁无刷电机控制方法。
背景技术
永磁无刷电机因其控制简单、功率密度高等优点,应用十分广泛。目前,众多应用场合需要采用无位置传感器永磁无刷电机驱动系统,然而当电机采用无位置传感器控制算法进行驱动时,获取到的能体现转子位置信息的信号通常与实际的转子位置信息之间存在相位误差,再加上绕组电抗阻碍换向电流变化以及电枢反应等因素的影响,电机实际上在非理想换向点进行了换向且换向时电流不能突变,导致相电流的相位与反电动势间存在相位差且相电流往往滞后于反电势。电流相位滞后对电机性能带来诸多不利影响,主要有以下几点:
1.电机转矩/电流比降低,出力减小,带负载能力减弱,电压利用率降低;
2.绕组电流中含有较大无功分量,电机常数变大,调速范围减小,且电流产生纹波加剧转矩波动;
3.引起增磁效应,铁耗增加甚至饱和,铜耗增加,温升严重等。
当电机高速运行时,相电流相位滞后问题更加突出,对电机性能的影响也更加不容忽视,从而限制了永磁无刷电机在高转速高精度等更广阔领域的应用。而现有的抑制该问题的方法都存在较大缺陷,尤其是控制精度都较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷,提供一种永磁无刷电机控制方法,参数敏感度低,控制精度高,适用范围广且控制简单。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种永磁无刷电机控制方法,包含以下步骤:
步骤1),检测得到永磁无刷电机的相电压和相电流;
步骤2),根据永磁无刷电机的相电压和相电流计算得到未经校正的转子位置信号;
步骤3),根据永磁无刷电机的相电压和相电流计算得到转子磁链信号和电流积分信号。
步骤4),将转子磁链信号的相位与电流积分信号的相位进行作差处理,得到代表转子位置信号偏差值的相位误差信号;
步骤5),对相位误差信号进行误差调节,得到永磁无刷电机的电流滞后相位角的补偿值,即转子位置信号的补偿值;
步骤6),将转子位置信号的补偿值补偿到未经校正的转子位置信号,得到补偿后的转子位置信号;
步骤7),根据补偿后的转子位置信号构造换向逻辑;
步骤8),根据步骤7)构造的换向逻辑控制永磁无刷电机进行换向;
步骤9),重复执行步骤1)至步骤8),形成对反电势与相电流相位差的闭环控制,使两者相位一致,电机稳定运行在最佳换向点。
作为本发明一种永磁无刷电机控制方法进一步的优化方案,步骤5)中所述的误差调节采用P调节、PI调节、PD调节、PID调节中的任意一种。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
1.电机能在全速全功率范围内始终保持最大转矩/电流比输出和最大有功功率输出;
2.直接检测并补偿相位差,参数敏感度低,且误差调节器形成对相位差的闭环控制,不受电机运行条件突变的影响,控制精度高;
3.通过对被检测量的数学处理以及误差调节就能实现对电机换向点的校正,控制简单,可靠性高。
附图说明
图1为本发明的的流程示意图;
图2为本发明转子磁链与反电势的相位关系图;
图3为本发明电流积分信号与电流的相位关系图;
图4为本发明转子磁链、反电势、电流积分与电流的相位关系图;
图5为本方明转子磁链与电流积分的相位差图;
图6为本方明换向点的变化图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示,本发明公开了一种永磁无刷电机控制方法,包含以下具体步骤:
步骤1),检测得到永磁无刷电机的相电压u和相电流i;
步骤2),根据永磁无刷电机的相电压u和相电流i进行转子位置信息计算得到未经校正的转子位置信号θi;
步骤3),根据永磁无刷电机的相电压u和相电流i计算得到转子磁链ψ和电流积分信号fiadt;
步骤4),通过相位误差检测模块对转子磁链ψ和电流积分信号fidt进行作差处理,得到相位误差信号α,该相位差等效于转子位置信号偏差值;
步骤5),利用误差调节器对相位误差信号α进行误差调节,得到永磁无刷电机的电流滞后相位角的补偿值,即转子位置信号的补偿值β;
步骤6),利用误差补偿单元,将转子位置信号的校正值β补偿到未经校正的转子位置信号θi,得到补偿后的转子位置信号θo;
步骤7),根据补偿后的转子位置信号θo构造换向逻辑;
步骤8),根据步骤7)构造的换向逻辑控制永磁无刷电机进行换向;
步骤9),重复执行步骤1)至步骤8),形成对反电势与相电流相位差的闭环控制,使两者相位一致,电机稳定运行在最佳换向点。
步骤5)中的误差调节可以采用PI调节,也可以采用P调节、PD调节、PID调节中的任意一种。
图2显示了转子磁链ψ与反电势e间的相位关系。
图3显示了电流积分信号fidt与相电流i间的相位关系。
图4显示了转子磁链ψ、反电势e、电流积分fidt与相电流i的相位关系:转子磁链ψ与电流积分信号fidt间的相位差α即为反电势e与电流i间的相位差。
图5和图6显示了相位差与换向点调整的对应关系:当相电流i滞后于反电势e时,相位检测模块检测出的相位差值α为正值,误差调节器的输出值β会随之增大,相位差α则不断减小直至为零,换向点从当前点A点前移至最佳换向点B点;反之换向点后移。
下表显示了功率管导通判断依据:θ为转子位置信号,在考虑超前换向角β的各转子位置区间内,对应各功率管的开通情况,构成换向点校正下的开关逻辑。
本技术领域技术人员可以理解的是,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种永磁无刷电机控制方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤1),检测得到永磁无刷电机的相电压和相电流;
步骤2),根据永磁无刷电机的相电压和相电流计算得到未经校正的转子位置信号;
步骤3),根据永磁无刷电机的相电压和相电流计算得到转子磁链信号和电流积分信号;
步骤4),将转子磁链信号的相位与电流积分信号的相位进行作差处理,得到代表转子位置信号偏差值的相位误差信号;
步骤5),对相位误差信号进行误差调节,得到永磁无刷电机的电流滞后相位角的补偿值,即转子位置信号的补偿值;
步骤6),将转子位置信号的补偿值补偿到未经校正的转子位置信号,得到补偿后的转子位置信号;
步骤7),根据补偿后的转子位置信号构造换向逻辑;
步骤8),根据步骤7)构造的换向逻辑控制永磁无刷电机进行换向;
步骤9),重复执行步骤1)至步骤8),形成对反电势与相电流相位差的闭环控制,使两者相位一致,电机稳定运行在最佳换向点。
2.根据权利要求1所述的永磁无刷电机控制方法,其特征在于,步骤5)中所述的误差调节采用P调节、PI调节、PD调节、PID调节中的任意一种。
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