CN113422548B - 一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，在永磁同步电机转速低于783r/min时，电机运行在I/F控制电流闭环，转速开环状态，当I/F拖动电机运行到783r/min时，永磁同步电机无位置算法可准确地检测电机转子位置，电机控制切换到适合中高速的转速‑电流双闭环控制。切换瞬间由于位置信息发生突变，电流随之突变，转速明显降落，本发明实现了两种工作模式间的平滑切换，使转子位置误差角慢慢减少至0，从而实现电机控制的切换；本发明所提供的基于锁相环的切换方法，切换方法简单，可适用于任何低中速控制方法切换，不需要额外的算法，可显著降低速度变化率和避免速度振荡问题，提高系统运行的效率和可靠性。

Description

一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，主要涉及一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法。
背景技术
永磁同步电机具有体积小、功率密度高、效率高、结构简单、噪音低及动态响应快等优点，近年来被广泛应用于工业中。在实际应用领域中，永磁同步电机驱动系统采用最广泛的是矢量控制策略，但采用带位置传感器的矢量控制系统增加了系统的成本和复杂性，降低了抗干扰性能力以及系统的整体可靠性。为了提高运行效率，降低成本，增强可靠性，采用无位置传感器的永磁同步电机驱动系统是永磁电机控制技术发展趋势
经过国内外众多学者的不懈研究，无位置控制策略不断被发展、完善。根据控制方法适用转速区间的不同，考虑分为零低速、中高速阶段进行研究。开环运行控制与高频注入法是电机零低速运行时最常采用的两种无位置技术手段。在中高速常见的无位置控制方法有：磁链观测器、扩展卡尔曼滤波器(Extended kalman filter,EKF)、模型参考自适应(Model reference adaptive observer,MRAO)，以及滑模观测器(Sliding modeobserver,SMO)。这些控制方法都需要利用电机数学模型、电流电压等信息，求取出包含转子位置的基波励磁及电机反电势量，并通常采用锁相环来估计电机转子位置。
I/F控制是单电流闭环方式，可以直接控制转矩电流,提高电机输出转矩与负载转矩的匹配能力,避免电机运行过程中出现低频振荡，也可避免定子电流过电流保护，所以在低速时常采用I/F控制启动电机。当I/F控制拖动电机转到一定的速度时，反电势能被测量，可从中准确地估计出电机转子位置和速度，控制方法由I/F控制切换到适合中高速的转速-电流双闭环控制，同时，位置信号也由给定位置切换为转子估计位置。电机在切换过程中，如果强行切换，电磁转矩将会产生较大波动，电机运行震荡，从而电机失步，切换失败。现在常用的是加权系数修正转子位置角的过渡方法，其中过渡因子是影响过渡过程的关键因素，它决定过渡过程的所需时间，需要反复调试，适用性差。
发明内容
发明目的：针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，通过锁相环调节器，将切换前后的位置误差减少至0，使电机控制方法平滑切换，这种切换方法不需要增加额外算法，且易于实现，增加系统可靠性，适用性强。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，包括以下步骤：
步骤S1、当永磁同步电机启动，转速低于783r/min时，电机采用I/F单电流闭环控制方式，永磁同步电机开始加速；
步骤S2、当永磁同步电机加速至783r/min时，通过测量反电动势获取电机转速和位置信息，电机控制算法由I/F单电流闭环控制切换到转速-电流双闭环的无位置控制；
步骤S3、所述锁相环切换后位置误差如下：
Figure BDA0003103114460000021
其中Δe为转子位置的观测误差,
Figure BDA0003103114460000022
是转子估计位置，θe *是IF控制给定转子位置；
锁相环调节器通过PI调节将I/F单电流闭环控制下给定转子位置与无位置算法估计的转子位置间的误差调节至0，使给定转子位置与估计转子位置相等，实现IF单电流闭环与转速-电流双闭环的无位置控制方法之间的切换。
进一步地，锁相环转子位置观测误差如下：
Figure BDA0003103114460000023
其中Δe为转子位置观测误差，
Figure BDA0003103114460000024
与
Figure BDA0003103114460000025
分别为α-β坐标系的估计反电动势信号，
Figure BDA0003103114460000026
为估计的转子位置，
Figure BDA0003103114460000027
为估计的转速信号，ψf为永磁体磁链；
当电机转速低于783r/min时,采用I/F单电流闭环控制，锁相环输出为I/F控制给定信号θe *，此时锁相环中转子位置观测误差如下：
Figure BDA0003103114460000028
其中，θL为θe *与
Figure BDA0003103114460000029
之间的固有相位差；
当电机转速达到783r/min时,采用转速-电流双闭环的无位置控制，锁相环此时将切换后的位置误差△e当作稳态误差，通过其PI控制器的调节，将位置观测误差调节到0，即相位差θL调节至0，完成切换。
有益效果：
本发明提供的基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，通过锁相环调节器将给定位置与转子估计位置的误差调节至0，进而实现电机控制方式的平滑切换。在电机低速时，电机运行在I/F控制电流闭环，转速开环状态，当I/F拖动电机运行到一定速度时，永磁同步电机无位置算法可准确地检测电机转子位置，电机控制切换到适合中高速的转速电流双闭环控制。切换瞬间由于位置信息发生突变，电流随之突变，转速明显降落，本发明实现了两种工作模式间的平滑切换，使转子位置误差角慢慢减少至0。
附图说明
图1是本发明提供的基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制平滑切换方法结构框图；
图2是本发明中I/F单电流闭环控制时起动过程电流矢量图；
图3是本发明提供的锁相环结构示意图；
图4是本发明实施例中当
Figure BDA0003103114460000031
时锁相环结构图的简化形式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
步骤S1、永磁同步电机启动时，转速较低，通过转速开环，电机控制算法采用I/F单电流闭环，永磁同步电机加速，此时对应图1中开关拨向“1”。由于I/F单电流闭环控制中转子的位置信息不是电机真实的位置信息，定义I/F确定的坐标系为虚拟旋转d*-q*坐标系，电机转子实际旋转坐标系为d-q坐标系，如图2所示，两者之间有固定的相位差θL。
锁相环结构如图3所示，其中锁相环转子位置观测误差如下：
Figure BDA0003103114460000032
其中Δe为转子位置观测误差，
Figure BDA0003103114460000033
与
Figure BDA0003103114460000034
分别为α-β坐标系的估计反电动势信号，
Figure BDA0003103114460000035
为估计的转子位置，
Figure BDA0003103114460000036
为估计的转速信号，ψf为永磁体磁链；
当采用I/F单电流闭环控制启动电机时，锁相环输出为I/F控制给定信号θe *，此时锁相环中转子位置观测误差如下：
Figure BDA0003103114460000037
其中，θL为θe *与
Figure BDA0003103114460000038
之间的固有相位差。
步骤S2、当永磁同步电机加速至783r/min时，可准确得到转子位置和转速信息，此时切换到转速-电流双闭环的无位置控制，对应图1中将开关拨至“2”。此时锁相环切换后位置误差如下：
Figure BDA0003103114460000041
其中Δe为转子位置的观测误差,
Figure BDA0003103114460000042
为无位置算法估计位置信号,θe *为IF控制给定位置信号；
当
Figure BDA0003103114460000043
时，
Figure BDA0003103114460000044
此时锁相环结构简化如图4所示，传递函数如下：
Figure BDA0003103114460000045
式中，kes为锁相环增益系数，kp、ki分别为锁相环中PI控制器的比例与积分系数。
当电机稳定运行时，转子位置输出类似于斜坡函数，因此上述锁相环结构的稳态误差可以表示为：
Figure BDA0003103114460000046
此时锁相环调节器将位置误差作为稳态误差,通过PI调节将I/F单电流闭环控制下给定转子位置与无位置算法估计的转子位置间的误差调节至0，使给定转子位置与估计转子位置相等，从而实现IF单电流闭环与转速-电流双闭环的控制方法切换。
综上所述，本发明提出一种基于锁相环永磁同步电机无位置混合控制平滑切换方法，在切换过程中，使位置误差慢慢减小至0，切换方法简单，不需要额外算法，易于实现，提高系统运行的效率和可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于锁相环的永磁同步电机无位置混合控制切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、当永磁同步电机启动时，转速低于783r/min时，电机采用I/F单电流闭环控制，永磁同步电机加速；
步骤S2、当永磁同步电机加速至783r/min时，通过测量反电动势获取电机转速和位置信息，电机控制算法由I/F单电流闭环控制切换到转速-电流双闭环的无位置控制；所述锁相环切换后位置误差如下：
Figure FDA0003683081110000011
其中Δe为转子位置的观测误差,
Figure FDA0003683081110000012
为无位置算法估计位置信号,θe *为IF控制给定位置信号；锁相环转子位置观测误差表示如下：
Figure FDA0003683081110000013
其中
Figure FDA0003683081110000014
与
Figure FDA0003683081110000015
分别为α-β坐标系的估计反电动势信号，
Figure FDA0003683081110000016
为估计的转子位置，
Figure FDA0003683081110000017
为估计的转速信号，ψf为永磁体磁链；
当转速低于783r/min时,电机采用I/F单电流闭环控制时，锁相环输出为I/F控制给定位置信号θe *，此时锁相环中转子位置观测误差如下：
Figure FDA0003683081110000018
其中，θL为θe *与
Figure FDA0003683081110000019
之间的固有相位差；
当电机转速达到783r/min时,电机采用转速-电流双闭环的无位置控制算法,锁相环调节器此时把△e当作稳态误差，通过PI控制器的闭环调节，将位置观测误差调节到0，即相位差θL调节至0，完成切换；
当
Figure FDA00036830811100000110
时，
Figure FDA00036830811100000111
锁相环的传递函数如下：
Figure FDA00036830811100000112
式中，kes为锁相环增益系数，kp、ki分别为锁相环中PI控制器的比例与积分系数；
当电机稳定运行时，上述锁相环结构的稳态误差可以表示为：
Figure FDA0003683081110000021
故锁相环调节器在切换的时候,能通过PI闭环将I/F单电流闭环控制下给定转子位置与无位置算法估计的转子位置间的误差调节至0，使给定转子位置与估计转子位置相等，从而实现I/F单电流闭环与转速-电流双闭环的无位置控制方法切换。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106100488A (zh) * 2016-08-16 2016-11-09 上海金脉电子科技有限公司 低功率永磁同步电机无位置传感器矢量控制方法
CN110350835A (zh) * 2019-07-29 2019-10-18 南通大学 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN112003526A (zh) * 2020-08-20 2020-11-27 苏州崧崧智能控制技术有限公司 一种基于低抖振滑模观测器的高速永磁同步电机无感控制系统及方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106100488A (zh) * 2016-08-16 2016-11-09 上海金脉电子科技有限公司 低功率永磁同步电机无位置传感器矢量控制方法
CN110350835A (zh) * 2019-07-29 2019-10-18 南通大学 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN112003526A (zh) * 2020-08-20 2020-11-27 苏州崧崧智能控制技术有限公司 一种基于低抖振滑模观测器的高速永磁同步电机无感控制系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宽速域永磁同步电机无传感器矢量控制研究;彭群;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》;20190531;全文 *

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