專利名稱：一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法
技術領域：
本發明涉及電氣傳動與控制技術領域，具體將是一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法。
背景技術：
永磁同步電機因其結構緊湊、性能可靠而在風力發電、電動汽車、船舶驅動等領域得到了廣泛的應用。因永磁同步電機的控制通常在轉子旋轉坐標系下完成，所以，為了完成永磁同步電機的控制，需要獲取其轉子的角度和轉速。其中采用角度和轉速傳感器來獲取這一信息是一種直接的方式。然而在很多應用中，安裝角度和轉速傳感器增加了安裝、維護成本，同時由于現場環境較為惡劣，傳感器的精度容易受到震動、灰塵、油污的影響，使系統易受外部環境干擾，降低了系統的可靠性。無速度傳感器的控制系統無需檢測硬件，免去了速度傳感器帶來的種種麻煩，提高了系統的可靠性，降低了系統的成本；另一方面，使得系統的體積小、重量輕，而且減少了電機與控制器的連線。而基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法只需檢測電機的定子電流、電壓，結合電機的模型，即可從中提取轉子的角度、轉速信息，從而省去角度和轉速傳感器，達到提高系統可靠性，降低成本的目的。而目前基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法主要有基于擴展卡爾曼濾波的方法和基于電機反電動勢的估計方法兩類。其中基于擴展卡爾曼濾波方法的代表性專利和文獻有
專利號申請號為201010508205.2，申請日2010-10-15，名稱為“永磁同步電機的無傳感器控制系統”的發明專利，其技術方案為一種永磁同步電機的無傳感器控制系統，包括磁鏈/電流狀態觀測器和反電動勢測量模塊，所述磁鏈/電流狀態觀測器為滑模觀測器， 所述滑模觀測器采用滑模變結構控制，所述滑模觀測器的坐標系為估計旋轉坐標系，坐標系以的角速度旋轉，并滯后坐標系的電角度；在所述控制參數計算模塊中，計算轉子位置誤差。再如文獻:S. Bolognani, R. Oboe, and Μ. Zigliotto, "Sensorless full-digital PMSM drive with EKF estimation of speed and rotor position, ” IEEE Trans. Ind. Electron. , vol. 46, no. 1, pp. 184 - 191, Feb. 1999.
這類估計方法原理較為復雜，計算量較大，在實際工程應用中實現具有一定困難。相比來說，基于電機反電動勢的估計方法物理概念更為清晰，具有代表性的專利和文獻有
專利號為200580004124. 6，申請日為2005_1_14，名稱為“用于永磁同步電機的無位置傳感驅動器”的發明專利，其技術方案主要為一種用于永磁同步電機的無位置傳感驅動器，包括驅動電路，可用于驅動永磁同步電機；以及控制模塊，其接收來自所述永磁同步電機的電壓和電流信息，確定所述永磁電機的轉子位置，并在電機速度為零速、低速和高速時，根據所述轉子位置產生控制所述驅動電路的控制信號。專利號為200410078141. 1，申請日為2004_9_17，名稱為“無速度傳感器永磁同步電機-空調壓縮機系統的控制方法”的發明專利，其技術方案主要為把無速度傳感器矢量控制用于永磁同步電機-空調壓縮機系統，克服了較大的轉速脈動的缺點。同時，用轉矩指令電流復合控制的方法更進一步減小了電機轉速的脈動。它有效的克服了傳統的矢量控制系統在PI調節器參數整定過程中出現的系統穩定性和響應速的的矛盾，提高了變頻空調中永磁同步電機的控制性能。專利號為201110113834. X，申請日為2011_5_4，名稱為“一種直驅永磁同步風電機組無速度傳感器控制方法”的發明專利，其技術方案為控制方法通過公式
公式 , =C^11- )/ 轉子電角速度。胡書舉，許洪華，《直驅風電系統PMSG有無速度傳感器控制的比較》，高電壓技術.；35(12). pp. 3129-3136. 2009。上述技術使用的基于電機反電動勢的估計方法一般采用直接計算或者觀測器方法對反電勢進行估計，然后基于反電勢估計值，采用鎖相環對轉子磁鏈進行定向來獲取轉子角度和轉速。由于引入了鎖相環，因此這類估計方法動態特性將會降低。當角度、轉速估計模塊和永磁同步電機的前向控制通道形成閉環后，位于反饋通道上的角度、轉速估計模塊的慢動態特性會使得整個系統的動態性能下降，甚至導致系統的不穩定。
發明內容
為了克服現有的基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法存在的原理復雜、計算量較大以及慢動態特性會使得整個系統的動態性能下降，甚至導致系統的不穩定的問題，現在特別提出一種具有較高動態性能且易于實現的一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法。為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法，其特征在于，通過錢=LP1(Ae)對轉子轉速計算值< 進行低通濾波，獲得轉子轉速估計值龜，消除轉速
上的代數環，與此同時通過=LP,J0Vc^)來完成轉子角度初值^的估計，再結合
4=丄V山+4)，將轉子角度初值的估計疊加到角度積分值上完成角度的估計。得到轉子
角度、轉速的估計值后，則建立轉子旋轉坐標系，完成對永磁同步電機的控制。具體步驟為
a、獲取永磁同步電機的轉子磁鏈幅值科；
If
所述轉子磁鏈幅值界=IrV,其中，μ為發電機空載額定線電壓，τ為發電機額
V偵/ΝJm
定步頁率；b、將測得的水磁同步電機的定子AB、BC線電壓基波分量^和Hfic變換到夠坐標3 獲得He和Ujj
權利要求
1.一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法，其特征在于， 通過
2.根據權利要求1所述的一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法，其特征在于，具體步驟為a、獲取永磁同步電機的轉子磁鏈幅值灼；所述轉子磁鏈幅值科
3.根據權利要求2所述的一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法，其特征在于所述d步驟中的高通濾波HP采用高通濾波器。
4.根據權利要求2所述的一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法，其特征在于所述g步驟中的ULh步驟中的U2均采用低通濾波器。
全文摘要
本發明涉及電氣傳動與控制技術領域，具體將是一種基于無速度傳感器的永磁同步電機的轉子角度、轉速估計方法，具體步驟為a、獲取永磁同步電機的轉子磁鏈幅值；b、將定子電壓基波分量變換到坐標系下，獲得和；c、將定子電流基波分量變換到坐標系下，獲得和；d、對坐標系下的定子電流和進行高通濾波，獲得定子電流的微分的估計值和；e、獲得定子反電動勢估計值；f、獲得轉子轉速計算值和角度計算值；g、對轉子轉速計算值進行低通濾波，獲得轉子轉速估計值；h、獲得轉子角度初值的估計值；i、獲得轉子角度的估計值。優點在于上述轉子角度、轉速估計方法內部只有前向的計算而沒有反饋通道，除了濾波延遲外幾乎不存在動態調節過程。
文檔編號H02P21/14GK102437813SQ20111044149
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者況明偉, 吳建東, 周宏林 申請人:中國東方電氣集團有限公司