CN108900123A - 永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置 - Google Patents

永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置，装置组成包括直流电源、三相逆变器、永磁同步电机、A/D转换器、电流观测器和采样电阻。所述方法是，使用PWM移相法对永磁同步电机的非观测区的电流进行重构；在使用PWM移相法后，对仍存在只可测得一相电流的部分非观测区构建电流观测器，通过单相电流来估算三相电流，实现了相电流的精确重构。本发明具有可行性和实用价值，适用于任何三相平衡的电机驱动系统。

Description

永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置。
背景技术
近年来，永磁同步电机因具有效率高、功率密度大、控制性能好等特点而被广泛运用于各个领域，但其高成本的控制系统制约了其应用。单电阻电流重构技术可以很好的降低成本，提高效率，缩小体积。因此，如何在永磁同步电机控制系统中使用单电阻进行电流重构成为国内外研究的必然选择。
关于单电阻电流重构很多文章都有阐述，在此就不多累述。而单电阻电流重构的难点除了对非观测区进行PWM移相补偿，还有一个就是当补偿后仍存在只可采样单相电流而无法进行电流重构的处理，前者诸多文献亦有说明，而后者未见有相关文献的阐述。
发明内容
本发明的目的是为了克服在非观测区进行PWM移相法后仍存在只可采样单相电流而无法进行电流重构的问题，提供一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置，其可实现相电流的精确重构，以达到进一步增强控制效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置，包括直流电源、三相逆变器、永磁同步电机、A/D转换器、电流观测器和采样电阻，所述直流电源通过采样电阻与三相逆变器相连，所述三相逆变器与永磁同步电机相连，所述A/D转换器采集采样电阻两端的电压值，所述A/D转换器的输出端与所述电流观测器连接，所述电流观测器估算三相电流。
一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法，使用PWM移相法对永磁同步电机的非观测区的电流进行重构，对仍存在只可测得单独一相电流的部分非观测区构建一电流观测器，所述电流观测器通过单相电流来估算三相电流实现相电流重构。
优选的，三相电流重构方法包括以下步骤：
步骤一、电压矢量持续作用时间TS小于采样所需最短时间Tmin时，进行PWM移相获得足够的采样时间；
步骤二、使用PWM移相法后，如果仍只采样得到单相电流，则在坐标系α-β下的构建电流观测器来重构三相电流。
优选的，所述电流观测器构建过程包括以下步骤：
S1.判断此次采样获得的为哪一相电流，判断过程如式(1)所示：
其中，F1、F2、F3、F4、F5、F6表示三相逆变器中六个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的开关信号，AA、BB、CC表示不同的变量，AA、BB、CC＝1分别表示此次采样得到的对应为A、B、C相电流；
S2.通过构建电流观测器，使用单相电流估算出三相电流，具体包括以下步骤：
S21.在α-β坐标系下的电流观测器状态方程为：
理想状态下：
其中，ω为电机转速，在一个PWM周期内假设ω不变；
S22.通过Clark反变换分别得到A、B、C三相坐标系下的电流观测器，如式(4)所示：
S23.对在α-β坐标系下的电流观测器的误差进行误差补偿，补偿过程如下式所示：
其中，为的估计值，d1、d2为反馈系数，ai＝aA、B、C，i＝1,2,3，根据功率不变等效原则，aA为[1 0]，aB为aC为将通过公式(5)经过误差补偿后得到的反馈到公式(4)中即可得到三相电流值，完成三相电流重构。
优选的，当采样获得A相电流时，所述电流观测器构建步骤包括：
①构建电流观测方程如式(6)所示：
②误差向量为：
③构建状态观测器的过程中，对公式(7)求导，使得误差向量服从如下方程：
E′＝A1E (9)
其中，A1为系数矩阵，根据f(s)＝|sI-A1|，得特征方程为：
s2+d1s+d2ω+ω2＝0 (10)
选择观测极点为s1＝s2＝-3ω，ω＝1，代入公式(10)，得
求解公式(11)得到观测器反馈系数为：
④当采样获得B相电流时，B相误差向量服从如下方程：
观测器的反馈系数为：
⑤当采样获得C相电流时，同理得到C相的反馈系数为：
将得到的反馈系数d1、d2，误差向量e1、e2，以及单相电流测量值，代入式(5)对观测器误差进行误差补偿，将根据式(5)得到的经过误差补偿的电流估算代入式(4)分别得到A、B、C三相坐标系下的电流，完成重构。
本发明的优点和有益效果主要是：
不需改变硬件，不增加成本，不增加开关损耗，实现相电流的精确重构，适用于任何三相平衡的电机驱动系统。
附图说明
图1是本发明单电阻电流重构系统框图；
图2是三相电流重构方法的流程图；
图3是本发明电流观测器构建流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置，作进一步的详细说明。
结合图1-3叙述本发明的一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法及装置，所述装置包括：直流电源1、三相逆变器2、永磁同步电机3、A/D转换器5、电流观测器7和采样电阻4。所述直流电源1通过采样电阻4与三相逆变器2相连，所述三相逆变器2与永磁同步电机3相连，A/D转换器5采集采样电阻4两端的电压值，所述A/D转换器5的输出端与所述电流观测器7连接，使用PWM移相法6对永磁同步电机3的非观测区的电流进行重构，对仍存在只可测得一相电流的部分非观测区构建电流观测器7，所述电流观测器7通过单相电流来估算三相电流实现相电流重构。
具体的，三相电流重构方法包括以下步骤：
步骤一、电压矢量持续作用时间TS小于采样所需最短时间Tmin时，进行PWM移相获得足够的采样时间；
步骤二、使用PWM移相法后，如果仍只采样得到单相电流，则在坐标系α-β下的构建电流观测器来重构三相电流。
步骤二中，所述电流观测器构建过程包括以下步骤：
S1.参照表1，判断此次采样获得的为哪一相电流，如式(1)所示：
表1
其中，F1、F2、F3、F4、F5、F6表示三相逆变器中六个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的开关信号，AA、BB、CC表示不同的变量，AA、BB、CC＝1分别表示此次采样得到的为A、B、C相电流，也就是说当AA＝1时，则表示此次采样得到的是A相电流，当BB＝1时，采样得到的是B相电流，当CC＝1时，采样得到的是C相电流。
S2.通过构建电流观测器，使用单相电流估算出三相电流，具体包括以下步骤：
S21.在α-β坐标系下的电流观测器状态方程为：
理想状态下：
其中，ω为电机转速，在一个PWM周期内可以假设ω不变；
S22.通过Clark反变换可以分别得到A、B、C三相坐标系下的电流观测器，如式(4)所示：
S23.由于电流实际值与电流观测值有误差，因此对观测器误差进行误差补偿，也就是对公式(2)中的电流观测器状态方程进行误差补偿，得到补偿后的状态方程，如式(5)所示：
其中，为的估计值，d1、d2为反馈系数，ai＝aA、B、C，i＝1,2,3，根据功率不变等效原则，aA为[1 0]，aB为aC为将通过公式(5)经过误差补偿后得到的反馈到公式(4)中即可得到三相电流值，完成三相电流重构。
参照图3，本实施例以A相为例，当采样获得A相电流时，所述电流观测器构建步骤包括：
构建电流观测方程如式(6)所示：
为的一阶求导向量。
误差向量为：
在构建状态观测器的过程中，对公式(7)求导，使得误差向量服从如下方程：
E′＝A1E(9)
其中，A1为系数矩阵，根据f(s)＝|sI-A1|，得特征方程为：
s2+d1s+d2ω+ω2＝0 (10)
选择观测极点为s1＝s2＝-3ω，ω＝1，代入公式(10)，得
求解公式(11)得到观测器反馈系数为：
此时，当测量A相电流时，即获知而根据公式(3)可获知，通过公式(7)可获知从而将得到的反馈系数d1、d2，误差向量e1、e2，以及代入式(5)对观测器误差进行误差补偿，将根据式(5)得到的经过误差补偿的电流估算反馈代入式(4)分别得到A、B、C三相坐标系下的电流IA,IB,IC，从而完成三相电流重构。
类似的，如果只获得B相电流时，B相误差向量服从如下方程：
观测器的反馈系数为：
再根据上述方法可以进行三相电流重构。
同理，C相的反馈系数为：
根据上述方法也可以进行三相电流重构。
由上所述，通过本发明，在直测量到单相电流的情况下，可以完成三相电流的重构，所述观测器可以使用单相电流估算出电流，解决了单电阻采样经过脉冲移动之后，仍有部分区域只能采样得到一相电流的问题。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机的单电阻电流重构装置，其特征在于：包括直流电源、三相逆变器、永磁同步电机、A/D转换器、电流观测器和采样电阻，所述直流电源通过采样电阻与三相逆变器相连，所述三相逆变器与永磁同步电机相连，所述A/D转换器采集采样电阻两端的电压值，所述A/D转换器的输出端与所述电流观测器连接，所述电流观测器估算三相电流。
2.一种永磁同步电机的单电阻电流重构方法，其特征在于：使用PWM移相法对永磁同步电机的非观测区的电流进行重构，对仍存在只可测得单独一相电流的部分非观测区构建一电流观测器，所述电流观测器通过单相电流来估算三相电流实现相电流重构。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的单电阻电流重构方法，其特征在于，三相电流重构方法包括以下步骤：
步骤一、电压矢量持续作用时间TS小于采样所需最短时间Tmin时，进行PWM移相获得足够的采样时间；
步骤二、使用PWM移相法后，如果仍只采样得到单相电流，则在坐标系α-β下的构建电流观测器来重构三相电流。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机的单电阻电流重构方法，其特征在于，所述电流观测器构建过程包括以下步骤：
S1.判断此次采样获得的为哪一相电流，判断过程如式(1)所示：
其中，F1、F2、F3、F4、F5、F6表示三相逆变器中六个MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6对应的开关信号，AA、BB、CC表示不同的变量，AA、BB、CC＝1分别表示此次采样得到的对应为A、B、C相电流；
S2.通过构建电流观测器，使用单相电流估算出三相电流，具体包括以下步骤：
S21.在α-β坐标系下的电流观测器状态方程为：
理想状态下：
其中，ω为电机转速，在一个PWM周期内假设ω不变；
S22.通过Clark反变换分别得到A、B、C三相坐标系下的电流观测器，如式(4)所示：
S23.对在α-β坐标系下的电流观测器的误差进行误差补偿，补偿过程如下式所示：
其中，为的估计值，d1、d2为反馈系数，ai＝aA、B、C，i＝1,2,3，根据功率不变等效原则，aA为[1 0]，aB为aC为将通过公式(5)经过误差补偿后得到的反馈到公式(4)中即可得到三相电流值，完成三相电流重构。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机的单电阻电流重构方法，其特征在于，当采样获得A相电流时，所述电流观测器构建步骤包括：
①构建电流观测方程如式(6)所示：
②误差向量为：
③构建状态观测器的过程中，对公式(7)求导，使得误差向量服从如下方程：
E′＝A1E (9)
其中，A1为系数矩阵，根据f(s)＝|sI-A1|，得特征方程为：
s2+d1s+d2ω+ω2＝0 (10)
选择观测极点为s1＝s2＝-3ω，ω＝1，代入公式(10)，得
求解公式(11)得到观测器反馈系数为：
④当采样获得B相电流时，B相误差向量服从如下方程：
观测器的反馈系数为：
⑤当采样获得C相电流时，同理得到C相的反馈系数为：
将得到的反馈系数d1、d2，误差向量e1、e2，以及单相电流测量值，代入式(5)对观测器误差进行误差补偿，将根据式(5)得到的经过误差补偿的电流估算代入式(4)分别得到A、B、C三相坐标系下的电流，完成重构。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110488192A (zh) * 2019-09-12 2019-11-22 哈尔滨工业大学 永磁同步电机驱动系统的三相电流重构方法
CN112688611A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 泛仕达机电股份有限公司 一种抑制单电阻采样永磁同步电机低速噪音的方法
CN113659861A (zh) * 2021-07-29 2021-11-16 西安理工大学 一种用于优化并网逆变器反馈电流采样的电流重构方法
CN114665775A (zh) * 2022-05-23 2022-06-24 四川奥库科技有限公司 永磁同步电机非观测区电流重构方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1981164A2 (en) * 2007-04-13 2008-10-15 SANYO Electric Techno Create Co., Ltd. Motor control device
CN101917157A (zh) * 2010-07-29 2010-12-15 东元总合科技（杭州）有限公司 电动机相电流重构方法
WO2014026331A1 (zh) * 2012-08-15 2014-02-20 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种相电流重构方法及其装置
CN106208826A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 上海金脉电子科技有限公司 用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1981164A2 (en) * 2007-04-13 2008-10-15 SANYO Electric Techno Create Co., Ltd. Motor control device
CN101917157A (zh) * 2010-07-29 2010-12-15 东元总合科技（杭州）有限公司 电动机相电流重构方法
WO2014026331A1 (zh) * 2012-08-15 2014-02-20 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种相电流重构方法及其装置
CN106208826A (zh) * 2016-08-30 2016-12-07 上海金脉电子科技有限公司 用于永磁同步电机的无三相电流传感器的过调制控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. SARITHA ET AL.: "MATLAB Simulation of current control of PMSM using single sensor technology", 《2006 INTERNATIONAL CONFERENCE ON POWER ELECTRONIC, DRIVES AND ENERGY SYSTEMS》 *
魏海峰 等: "考虑非观测区补偿的永磁同步电机单电阻采样重构", 《电工技术学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110488192A (zh) * 2019-09-12 2019-11-22 哈尔滨工业大学 永磁同步电机驱动系统的三相电流重构方法
CN110488192B (zh) * 2019-09-12 2022-01-14 哈尔滨工业大学 永磁同步电机驱动系统的三相电流重构方法
CN112688611A (zh) * 2020-12-14 2021-04-20 泛仕达机电股份有限公司 一种抑制单电阻采样永磁同步电机低速噪音的方法
CN113659861A (zh) * 2021-07-29 2021-11-16 西安理工大学 一种用于优化并网逆变器反馈电流采样的电流重构方法
CN114665775A (zh) * 2022-05-23 2022-06-24 四川奥库科技有限公司 永磁同步电机非观测区电流重构方法

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