CN111146995A - 一种交流电机无位置传感器的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流电机无位置传感器的控制方法及系统，在交流电机启动后，会基于磁场凸极性算法计算先得到转子初始位置，然后还考虑了磁场极性，若磁极位置为磁场南极，则将转子初始位置与π的和更新为转子初始位置，以实现后续根据该转子初始位置对交流电机进行控制，否则，直接利用基于磁场凸极性算法计算得到的转子初始位置对交流电机进行控制。可见，本申请在判定磁极位置为磁场南极后对转子初始位置作了修正，并根据修正后的转子初始位置对交流电机进行控制，提高了交流电机系统在低速下的性能，保证了低速控制下的交流电机系统的稳定，且实现了交流电机的全速度域下的无位置传感器控制。

Description

一种交流电机无位置传感器的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种交流电机无位置传感器的控制方法及系统。

背景技术

目前，交流电机控制技术一般都需要转子位置或者转子速度信号进行闭环，因此，为了对交流电机进行控制，需要先获取交流电机的转子位置信号或者转子速度信号。现有技术中通常采用物理传感器来采集转子位置或者速度信号，且电机控制系统中相应地还需要规划相应的AD电路与之匹配，此外，为了实现交流电机与物理传感器的机械连接，还需要增加连接线缆及交流电机的轴承长度。上述设置方式一方面使得交流电机的控制系统的电路结构变得更加复杂且成本高，另一方面，物理传感器的连接电缆会引入电磁干扰。

为了解决上述技术问题，人们对交流电机的无位置传感器的控制方式进行了大量的研究，提出了不少算法来对转子位置及速度进行估算。但是这些算法在特定速度之上可以达到与有物理传感器的电机控制系统相同的效果，但是在特定速度之下的性能较差。为此，现有技术中又提出了低速时基于磁场凸极性算法来估算转子位置的方案，但是该方案在特定速度之下仍然会时常出现性能不佳的问题。其原因主要在于转子处于低速或者零速时，这些算法在对转子位置进行估算时涉及到转子初始位置，而转子初始位置与磁场极性有关，如果算法估算出来的转子初始位置与磁场南极位置对齐，那么交流电机控制系统输出的转矩符号会改变，进而使得交流电机系统不稳定。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流电机无位置传感器的控制方法及系统，提高了交流电机系统在低速下的性能，保证了低速控制下的交流电机系统的稳定，实现了交流电机的全速度域下的无位置传感器控制。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种交流电机无位置传感器的控制方法，包括：

S11：交流电机启动后，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置，且确定磁极位置，若磁极位置为磁场南极，则将所述转子初始位置与π的和更新为转子初始位置并进入S12，否则，直接进入S12；

S12：根据所述转子初始位置对所述交流电机进行控制；

S13：获取所述交流电机的当前转子速度；

S14：判断所述当前转子速度是否大于预设值，如果是，进入步骤S15；否则，进入步骤S16；

S15：根据预设中高速算法确定转子位置，并进入S17；

S16：基于磁场凸极性算法确定转子位置；

S17：根据所述转子位置对所述交流电机进行控制。

优选地，S11中，确定磁极位置，包括：

基于当前谐波电流预估脉冲信号u_f；

向αβ坐标系下的定子电压u_s中注入所述脉冲信号u_f，并获取基于所述脉冲信号u_f生成的新的谐波电流的预设偶次谐波分量；

将所述预设偶次谐波分量转换至dq坐标系，并计算所述预设偶次谐波分量在dq坐标系下的q轴分量；

判断所述q轴分量是否大于零，如果是，确定所述磁极位置为磁场北极，否则，确定所述磁极位置为磁场南极。

优选地，基于当前谐波电流预估脉冲信号u_f，包括：

获取当前谐波电流；

根据交流电机模型确定直轴电流自学习模型的参数；

利用所述直轴电流自学习模型对所述当前谐波电流进行直轴电流自学习处理，得到脉冲信号u_f。

优选地，所述直轴电流自学习模型为比例积分PI处理模型。

优选地，所述预设偶次谐波分量的个数至少为2；

则相适应地，在所有的所述预设偶次谐波分量在dq坐标系下的q轴分量均大于零时，确定所述磁极位置为磁场北极，否则，确定所述磁极位置为磁场南极。

优选地，还包括：

在所述交流电机的转子速度进入预设中低速过渡区时，根据当前给定参考转矩T^*、当前根据所述预设中高速算法得到的转子位置

当前基于磁场凸极性算法确定的转子位置

及预设校准关系式确定校准量

采用所述校准量

对所述交流电机模型进行校准；

其中，所述预设校准关系式为

其中，K₁为根据所述交流电机的系统参数预先设定的中高速特性加权系数，K₂为根据所述交流电机的系统参数预先设定的低速特性加权系数，K₃为根据所述交流电机的系统参数预先设定的力矩特性加权系数，

为预先设定的、表示预设中高速算法得到的估算角度对所述交流电机模型的影响函数；

为预先设定的、表示基于磁场凸极性算法得到的估算角度对所述交流电机模型的影响函数，f_c(T^*)为预先设定的、表示电机转矩特性对所述交流电机模型的影响函数。

优选地，S15的过程具体为：

根据预设中高速关系式得到转子速度ω_h；

根据所述ω_h得到转子位置；

其中，所述预设中高速关系式为：

其中：

其中，e_δ、e_γ为估算坐标系下反电动势的分量，n_p为交流电机的极对数，ω_r为所述交流电机的转子的实际角速度，ψ_f为所述交流电机的转子磁链，

为预设系数，b为预设系数，x为所述交流电机的实际转子位置与ω_h的误差。

优选地，S11中，所述基于磁场凸极性算法获取转子初始位置的过程具体为：

向dq坐标系的d轴注入正弦电压信号

根据误差关系式得到转子初始位置θ_r；

其中，误差关系式为

其中，ω_x为根据交流电机模型预设的角速度，

为幅值，

为初始相位，Z_d为根据交流电机模型确定的交流电机在d轴的阻抗分量，Z_q为根据交流电机模型确定的交流电机在q轴的阻抗分量，

为θ_r的估计值。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种交流电机无位置传感器的控制系统，包括：

转子初始位置确定模块，用于交流电机启动后，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置，且确定磁极位置，若磁极位置为磁场南极，则将所述转子初始位置与π的和更新为转子初始位置并触发控制模块，否则，直接触发所述控制模块；

所述控制模块，用于根据所述转子初始位置对所述交流电机进行控制，并触发获取模块；还用于根据转子位置对所述交流电机进行控制；

所述获取模块，用于获取所述交流电机的当前转子速度；

判断模块，用于判断所述当前转子速度是否大于预设值，如果是，触发中高速转子位置确定模块；否则，触发低速转子位置确定模块；

所述中高速转子位置确定模块，用于根据预设中高速算法确定转子位置，并触发所述控制模块；

所述低速转子位置确定模块，用于基于磁场凸极性算法确定转子位置，并触发所述控制模块。

本发明提供了一种交流电机无位置传感器的控制方法，本申请在交流电机启动后，会基于磁场凸极性算法计算先得到转子初始位置，然后还考虑了磁场极性，具体地，若磁极位置为磁场南极，则将转子初始位置与π的和更新为转子初始位置，以实现后续根据该转子初始位置对交流电机进行控制，否则，直接利用基于磁场凸极性算法计算得到的转子初始位置对交流电机进行控制。后续进行控制时，中高速的时候采用预设中高速算法得到转子位置，低速的时候采用磁场凸极性算法得到转子位置，从而实现对电机全速度域的无位置传感器控制。可见，本申请在判定磁极位置为磁场南极后对转子初始位置作了修正，并根据修正后的转子初始位置对交流电机进行控制，提高了交流电机系统在低速下的性能，保证了低速控制下的交流电机系统的稳定，且实现了交流电机的全速度域下的无位置传感器控制。

本发明还提供了一种交流电机无位置传感器的控制系统，具有如上述控制方法相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种交流电机无位置传感器的控制方法的过程的流程图；

图2为本发明提供的一种磁极位置判断的原理图；

图3为本发明提供的一种交流电机无位置传感器的控制方法的原理图；

图4为本发明提供的一种交流电机无位置传感器的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种交流电机无位置传感器的控制方法及系统，提高了交流电机系统在低速下的性能，保证了低速控制下的交流电机系统的稳定，实现了交流电机的全速度域下的无位置传感器控制。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种交流电机无位置传感器的控制方法的过程的流程图，该方法包括：

S11：交流电机启动后，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置，且确定磁极位置，若磁极位置为磁场南极，则将转子初始位置与π的和更新为转子初始位置并进入S12，否则，直接进入S12；

S12：根据转子初始位置对交流电机进行控制；

S13：获取交流电机的当前转子速度；

S14：判断当前转子速度是否大于预设值，如果是，进入步骤S15；否则，进入步骤S16；

S15：根据预设中高速算法确定转子位置，并进入S17；

S16：基于磁场凸极性算法确定转子位置；

S17：根据转子位置对交流电机进行控制。

首先需要说明的是，本申请提供的控制方法不仅适用于永磁同步电机，还适用于感应电机与同步磁阻电机。

具体地，现有技术中在利用磁场凸极性算法计算转子位置时存在一个问题，那就是没有考虑到磁场极性问题。而本申请考虑到，电机系统实际上存在两个稳定点，磁场南极和磁场北极，如果估算的转子位置与磁场南极位置对齐，那么交流电机输出的转矩符号会发生改变，从而导致电机系统变得不稳定。

基于此，在交流电机刚启动时，本申请在基于凸极性算法得到转子初始位置的同时，还会确定磁极位置，如果确定磁极位置为磁场南极，则将转子初始位置与π的和作为转子初始位置，如果磁极位置为磁场北极，则将基于凸极性算法得到的转子初始位置直接作为后续对交流电机控制的转子初始位置。然后，利用转子初始位置对交流电机进行控制，交流电机的转子速度增大。后续控制时，获取交流电机的当前转子速度，并判断当前转子速度是否大于预设值，如果是，则采用预设中高速算法确定转子位置，否则，采用磁场凸极性算法确定转子位置，并根据确定的转子位置对交流电机进行控制。在实际应用中，电机启动后，只需在刚开始进行磁极位置判断，后续交流电机过程中便不需要再进行判断，也即电机从启动-低速-高速-低速-停止过程中，只有在刚启动时进行S11和S12，后续便只需按照S13-S17的控制策略对交流电机进行控制。

需要说明的是，现有技术中已经有很多能够实现交流电机在中高速时的控制效果达到与有物理传感器的电机控制系统相同的效果的算法，本申请也提供了一种能达到与有物理传感器的电机控制系统相同的效果的算法，且鲁棒性好(下述实施例中有详细讲述)。因此，本申请可以根据实际情况来定确定选用哪种中高速算法。

可见，本申请在交流电机启动后，在交流电机处于零速或者低速确定转子初始位置时考虑了磁极位置，具体地，基于磁场凸极性算法计算先得到转子初始位置，然后还考虑了磁场极性，具体地，若磁极位置为磁场南极，则将转子初始位置与π的和更新为转子初始位置，以实现后续根据该转子初始位置对交流电机进行控制，否则，直接利用基于磁场凸极性算法计算得到的转子初始位置对交流电机进行控制。后续在交流电机速度起来后，转子速度高便采用预设中高速算法确定转子位置，转子速度低便基于磁场凸极性算法确定转子位置，从而实现对电机全速度域的无位置传感器控制。

综上，本申请在判定磁极位置为磁场南极后对转子初始位置作了修正，并根据修正后的转子初始位置对交流电机进行控制，提高了交流电机系统在低速下的性能，保证了低速控制下的交流电机系统的稳定，且实现了交流电机的全速度域下的无位置传感器控制。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，S11中，确定磁极位置，包括：

基于当前谐波电流预估脉冲信号u_f；

向αβ坐标系下的定子电压u_s中注入脉冲信号u_f，并获取基于脉冲信号u_f生成的新的谐波电流的预设偶次谐波分量；

将预设偶次谐波分量转换至dq坐标系，并计算预设偶次谐波分量在dq坐标系下的q轴分量；

判断q轴分量是否大于零，如果是，确定磁极位置为磁场北极，否则，确定磁极位置为磁场南极。

具体地，零速或者低速下无位置传感器控制首先需要进行磁极判断，目前主要通过注入脉冲信号后的偶次谐波电流的q轴分量来判断。其原理具体分析如下：

交流永磁同步电机与磁阻电机的定子端电压方程如下所示：

u_d＝Ri_d+L_dpi_d-ω_rL_qi_q

u_q＝Ri_q+L_qpi_q+ω_r(L_di_d+ψ_f)

其中，R为定子电阻，i_d为直轴电流，L_d为直轴电感，p为微分因子，i_q为交轴电流，ω_r为交流电机的转子的实际角速度，L_q为交轴电感。

磁阻电机由于没有永磁体，故而ψ_f＝0。在零速和低速情况下，由电机速度产生的电压项可以忽略，在这种情况下，如果脉冲信号注入，其阻抗特性可以表示如下：

其中，Z表示阻抗，u表示端电压，i表示端电流，Rs表示定子电阻，L表示电感，交直轴(dq轴)的电感不一样。ω表示脉冲信号u_f的频率。

根据上式，当转子位置为θ_r时，交流电机在静止坐标系下的阻抗特性可以表述为：

其中，Z_d表示根据交流电机模型确定的交流电机在d轴的阻抗分量，Z_q表示根据交流电机模型确定的交流电机在q轴的阻抗分量，

角度代表阻抗的最小量。

可见，dq轴的平均阻抗根据定子电流幅值的增大而变小，而dq轴的阻抗差值随着d轴电流增大而减小，这就是磁路饱和造成的，由于存在这种局部的磁路饱和，磁极位置就可以通过磁滞现象来区分。

具体地，交流电机的电感参数随着电流变化，电感饱和特性会根据电流大小产生差异，为了获取不同的特性，就要得到不同的d轴电流，根据不同控制对象进行给定不同d轴电流，最终，根据此特性自调整，计算出注入频率不同的电压，在不同的d轴电流情况下获取不同磁滞情况，利用其磁滞情况进行磁场北极的位置确定。如果脉冲信号u_f注入到d轴(等效于向αβ坐标系下的定子电压u_s中注入脉冲信号u_f)，注入的信号由于磁滞现场会出现畸变，且畸变的信号是偶数次谐波。根据偶次谐波能够有效检测D轴的状态，这种方法可以有较快的动态响应。当偶次谐波信号在dq坐标系下的q轴分量大于零的时候，说明磁链角度位置处于d轴的负向位置，否则，磁链的角度位置处于d轴的正向位置。这样，就可以从两个磁场磁极上区分去北极的位置。

具体地，请参照图2，图2为本发明提供的一种磁极位置判断的原理图(本申请中采用的低速无位置算法为磁场凸极性算法)。首先通过当前谐波电流预估脉冲信号u_f，然后向αβ坐标系下的定子电压u_s中注入脉冲信号u_f，通过带通滤波器从定子电流i_s中获取基于脉冲信号u_f生成的新的谐波电流的预设偶次谐波分量i_sf，i_sf＝BPF(i_s)。然后再将预设偶次谐波分量i_sf分别通过d轴低通滤波器及q轴低通滤波器，以提取出d轴预设偶次谐波分量LPF(i_sf cos2Nωt)及q轴预设偶次谐波分量LPF(i_sf sin 2Nωt)，其中，N＝1,2,3…，也即，这里的预设偶次谐波分量可以为2次谐波分量、4次谐波分量、6次谐波分量…最后判断LPF(i_sfsin 2Nωt)是否大于零，如果是，确定所述磁极位置为磁场北极，否则，确定所述磁极位置为磁场南极，如果是，则确定磁极位置为磁场北极，否则，确定磁极位置为磁场南极。

本实施例提供了一种确定磁极位置的方案，为保证低速控制下的交流电机系统的稳定奠定了基础。

作为一种优选地实施例，基于当前谐波电流预估脉冲信号u_f，包括：

获取当前谐波电流；

根据交流电机模型确定直轴电流自学习模型的参数；

利用直轴电流自学习模型对当前谐波电流进行直轴电流自学习处理，得到脉冲信号u_f。

具体地，在根据谐波电流预估脉冲信号u_f时，首先先获取当前谐波电流，然后根据交流电机模型确定直轴电流自学习模型的参数，并利用直轴电流自学习模型对当前谐波电流进行直轴电流自学习处理，得到脉冲信号u_f。可以理解的是，直轴电流自学习模型的参数与交流电机模型相关，交流电机模型基于电机的转矩特性和高频特性建立。

通过该种方式对脉冲信号u_f进行预估，预估准确性高。

作为一种优选地实施例，直轴电流自学习模型为比例积分PI处理模型。

具体地，当直轴电流自学习模型为比例积分PI处理模型时，交流电机模型会影响比例系数P和积分系数I。当然，这里的直轴电流自学习模型除了可以为比例积分PI处理模型，还可以为其他自学习模型，本申请在此不作特别的限定。

作为一种优选地实施例，预设偶次谐波分量的个数至少为2；

则相适应地，在所有的预设偶次谐波分量在dq坐标系下的q轴分量均大于零时，确定所述磁极位置为磁场北极，否则，确定磁极位置为磁场南极。

具体地，为了提高磁极位置判定精度，这里的预设偶次谐波分量的个数至少为2个，例如可以包括2次谐波分量和4次谐波分量，本申请对于具体选用哪些预设偶次谐波分量不限定，根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，还包括：

在交流电机的转子速度进入预设中低速过渡区时，根据当前给定参考转矩T^*、当前根据预设中高速算法得到的转子位置

当前基于磁场凸极性算法确定的转子位置

及预设校准关系式确定校准量

采用校准量

对交流电机模型进行校准；

其中，预设校准关系式为

其中，K₁为根据交流电机的系统参数预先设定的中高速特性加权系数，K₂为根据交流电机的系统参数预先设定的低速特性加权系数，K₃为根据交流电机的系统参数预先设定的力矩特性加权系数，

为预先设定的、表示预设中高速算法得到的估算角度对交流电机模型的影响函数；

为预先设定的、表示基于磁场凸极性算法得到的估算角度对交流电机模型的影响函数，f_c(T^*)为预先设定的、表示电机转矩特性对交流电机模型的影响函数。

具体地，本实施例中，由于低速下采用基于凸极性算法，中高速采用预设中高速算法(例如可以为模型参考自适应)，因此，二者的过渡过程必须处理好。

为了实现上述目的，本申请设置了校准量，通过校准量来对交流电机模型进行校准，以保证低速与中高速无位置控制算法的精准度。

具体地，本申请为转子速度设置了一个中低速过渡区，预设值在中低速过渡区中，在中低速过渡区内，会通过预设中高速算法(这里的预设中高速算法可以为下述实施例中提到的算法)得到一个转子位置

还通过磁场凸极性算法确定一个转子位置

同时，还获取当前当前给定参考转矩T^*，并将转子位置

转子位置

及当前给定参考转矩T^*代入到预设校准关系式为

中，得到校准量，并根据校准量对交流电机模型进行校准。

此外，这里的K₁、K₂、K₃、

及f_c(T^*)可以通过预先试验分析得到。

在通过模拟量对交流电机模型进行校准时，可以通过离线的方式，离线数据存贮在控制系统里面，然后在正式运行工况中，根据离线数据对校准模型进行补偿。也可以通过系统模型(逆变器与电机一体)进行在线补偿。

交流电机模型的校准影响着交流电机的整个控制过程，例如影响磁极位置判断(影响直轴电流自学习模型的参数)，还影响低速时基于凸极性算法的转子位置的估算(影响着Z_d和Z_q)，保证了中高速和低速的平稳过渡。

作为一种优选地实施例，S15的过程具体为：

根据预设中高速关系式得到转子速度ω_h；

根据ω_h得到转子位置；

其中，预设中高速关系式为：

其中：

其中，e_δ、e_γ为估算坐标系下反电动势的分量，n_p为交流电机的极对数，ω_r为交流电机的转子的实际角速度，ψ_f为交流电机的转子磁链，

为预设系数，b为预设系数，x为交流电机的实际转子位置与ω_h的误差。

请参照图3，图3为本发明提供的一种交流电机无位置传感器的控制方法的原理图(图中的交流电机模型以永磁电机模型为例)。

定子电压u_s和注入的脉冲信号u_f经过永磁电机后，产生定子电流i_s，i_s经过低速无位置算法后得到角度与速度，进入位置融合模块。同时i_s ^r(i_s经过VR坐标变换后得到)与交流电机模型产生的估算电流

经过自适应率调节使得估算电流

和实际电流i_s ^r一致，送入中高速无位置模型后可以得到中高速的角度与位置。

本实施例在交流电机中高速时采用模型参考自适应的方法。由于高速时反电动势信号作用影响较大。因此，可以利用这个值进行估算位置。

电机电压方程为：

其中，i_α、i_β、u_α、u_β分别表示定子电流与定子电压矢量在α-β坐标轴的分量，ω_r表示交流电机的转子的实际角速度，R_s与L_s分别表示定子电阻与定子电感，n_p表示电机极对数，ψ_f表示转子磁链，θ表示旋转坐标系d-q与静止坐标系的角度即磁场定向角。

可以得在估算坐标轴下电机的方程如下：

其中，i_δ、i_γ(实际电流i_s ^r转换到估算坐标系中得到)、u_δ、u_γ分别表示定子电流与定子电压矢量在估算坐标轴的分量，ω_s表示估算坐标轴旋转角速度，R_s定子电阻，L_s定子电感，

表示估算坐标轴与静止坐标系α-β的角度，e_δ与e_γ分别表示估算坐标系下反电动势的分量。

在无位置传感器控制系统中，转子的角度θ是无法直接测量得到，这样就无法得到d-q轴的信号，转矩也就无法获知。假设此初始角度

任意设定，通过坐标角速度可以描述

角度：

采用基于电流模型的控制算法来使得

角度收敛到θ，同时使得i_δ、i_γ与跟踪到i_{δ_ref}、i_{γ_ref}(估算电流

参与该过程)。

其中：

在得到转子速度后，对转子速度进行积分，便可以得到转子位置θ_r。

本申请采用了宽稳定域的自适应律，对电机参数不敏感，具有较好的鲁棒性。

作为一种优选地实施例，S11中，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置的过程具体为：

向dq坐标系的d轴注入正弦电压信号

根据误差关系式得到转子初始位置θ_r；

其中，误差关系式为

其中，ω_x为根据交流电机模型预设的角速度，

为幅值，

为初始相位，Z_d为根据交流电机模型确定的交流电机在d轴的阻抗分量，Z_q为根据交流电机模型确定的交流电机在q轴的阻抗分量，

为θ_r的估计值。

本申请在低速无位置控制策略采用电压的注入方式，为了放大电机的阻抗差异，采用了转子参考坐标系下d轴上的注入正弦电压信号

通过电流传感器得到基于正弦电压信号产生的电流，并确定该电流的幅值的平方，将d轴与q轴分解后，求取两个误差信号，公式如下：

如果估算误差比较小，那么信号误差可以表示为：

则通过控制是的误差信号为零，使得

收敛于θ_r，就可以得到转子位置θ_r。

本实施例提出了一种新的转子初始位置的估算方法，结合磁极位置判断，使得电机控制具有快速的动态特性，能够在任意的负载情况下实现无位置的力矩、速度、位置环控制。

本实施例实现了在低速时对位置的估算，保证了低速控制下的交流电机系统的稳定。

请参照图4，图4为本发明提供的一种交流电机无位置传感器的控制系统的结构示意图，该系统包括：

转子初始位置确定模块1，用于交流电机启动后，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置，且确定磁极位置，若磁极位置为磁场南极，则将转子初始位置与π的和更新为转子初始位置并触发控制模块2，否则，直接触发控制模块2；

控制模块2，用于根据转子初始位置对交流电机进行控制，并触发获取模块；还用于根据转子位置对交流电机进行控制；

获取模块3，用于获取交流电机的当前转子速度；

判断模块4，用于判断当前转子速度是否大于预设值，如果是，触发中高速转子位置确定模块5；否则，触发低速转子位置确定模块6；

中高速转子位置确定模块5，用于根据预设中高速算法确定转子位置，并触发控制模块2；

低速转子位置确定模块6，用于基于磁场凸极性算法确定转子位置，并触发控制模块2。

对于本发明提供的交流电机无位置传感器的控制系统的介绍请参照上述控制方法实施例，本发明在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，包括：

S11：交流电机启动后，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置，且确定磁极位置，若磁极位置为磁场南极，则将所述转子初始位置与π的和更新为转子初始位置并进入S12，否则，直接进入S12；

S12：根据所述转子初始位置对所述交流电机进行控制；

S13：获取所述交流电机的当前转子速度；

S14：判断所述当前转子速度是否大于预设值，如果是，进入步骤S15；否则，进入步骤S16；

S15：根据预设中高速算法确定转子位置，并进入S17；

S16：基于磁场凸极性算法确定转子位置；

S17：根据所述转子位置对所述交流电机进行控制。

2.如权利要求1所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，S11中，确定磁极位置，包括：

基于当前谐波电流预估脉冲信号u_f；

向αβ坐标系下的定子电压u_s中注入所述脉冲信号u_f，并获取基于所述脉冲信号u_f生成的新的谐波电流的预设偶次谐波分量；

将所述预设偶次谐波分量转换至dq坐标系，并计算所述预设偶次谐波分量在dq坐标系下的q轴分量；

判断所述q轴分量是否大于零，如果是，确定所述磁极位置为磁场北极，否则，确定所述磁极位置为磁场南极。

3.如权利要求2所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，基于当前谐波电流预估脉冲信号u_f，包括：

获取当前谐波电流；

根据交流电机模型确定直轴电流自学习模型的参数；

利用所述直轴电流自学习模型对所述当前谐波电流进行直轴电流自学习处理，得到脉冲信号u_f。

4.如权利要求3所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，所述直轴电流自学习模型为比例积分PI处理模型。

5.如权利要求2所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，所述预设偶次谐波分量的个数至少为2；

则相适应地，在所有的所述预设偶次谐波分量在dq坐标系下的q轴分量均大于零时，确定所述磁极位置为磁场北极，否则，确定所述磁极位置为磁场南极。

6.如权利要求3所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，还包括：

在所述交流电机的转子速度进入预设中低速过渡区时，根据当前给定参考转矩T^*、当前根据所述预设中高速算法得到的转子位置

当前基于磁场凸极性算法确定的转子位置

及预设校准关系式确定校准量

采用所述校准量

对所述交流电机模型进行校准；

其中，所述预设校准关系式为

其中，K₁为根据所述交流电机的系统参数预先设定的中高速特性加权系数，K₂为根据所述交流电机的系统参数预先设定的低速特性加权系数，K₃为根据所述交流电机的系统参数预先设定的力矩特性加权系数，

为预先设定的、表示预设中高速算法得到的估算角度对所述交流电机模型的影响函数；

为预先设定的、表示基于磁场凸极性算法得到的估算角度对所述交流电机模型的影响函数，f_c(T^*)为预先设定的、表示电机转矩特性对所述交流电机模型的影响函数。

7.如权利要求1所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，S15的过程具体为：

根据预设中高速关系式得到转子速度ω_h；

根据所述ω_h得到转子位置；

其中，所述预设中高速关系式为：

其中：

其中，e_δ、e_γ为估算坐标系下反电动势的分量，n_p为交流电机的极对数，ω_r为所述交流电机的转子的实际角速度，ψ_f为所述交流电机的转子磁链，

为预设系数，b为预设系数，x为所述交流电机的实际转子位置与ω_h的误差。

8.如权利要求1-7任一项所述的交流电机无位置传感器的控制方法，其特征在于，S11中，所述基于磁场凸极性算法获取转子初始位置的过程具体为：

向dq坐标系的d轴注入正弦电压信号

根据误差关系式得到转子初始位置θ_r；

其中，误差关系式为

其中，ω_x为根据交流电机模型预设的角速度，

为幅值，

为初始相位，Z_d为根据交流电机模型确定的交流电机在d轴的阻抗分量，Z_q为根据交流电机模型确定的交流电机在q轴的阻抗分量，

为θ_r的估计值。

9.一种交流电机无位置传感器的控制系统，其特征在于，包括：

转子初始位置确定模块，用于交流电机启动后，基于磁场凸极性算法获取转子初始位置，且确定磁极位置，若磁极位置为磁场南极，则将所述转子初始位置与π的和更新为转子初始位置并触发控制模块，否则，直接触发所述控制模块；

所述控制模块，用于根据所述转子初始位置对所述交流电机进行控制，并触发获取模块；还用于根据转子位置对所述交流电机进行控制；

所述获取模块，用于获取所述交流电机的当前转子速度；

判断模块，用于判断所述当前转子速度是否大于预设值，如果是，触发中高速转子位置确定模块；否则，触发低速转子位置确定模块；

所述中高速转子位置确定模块，用于根据预设中高速算法确定转子位置，并触发所述控制模块；

所述低速转子位置确定模块，用于基于磁场凸极性算法确定转子位置，并触发所述控制模块。

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