一種混合勵磁同步電機無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣傳動技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩策略，特別是設(shè) 及一種混合勵磁同步電機控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混合勵磁同步電機是在永磁同步與電勵磁同步電機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種寬 調(diào)速電機，其主要目的是為了解決永磁同步電機氣隙磁場難W調(diào)節(jié)的問題。混合勵磁同步 電機具有兩種勵磁源，一種是永磁體，另一種是電勵磁，永磁體產(chǎn)生的磁勢為主磁勢，勵磁 繞組產(chǎn)生的磁勢為輔磁勢。該種電機結(jié)合了永磁同步與電勵磁同步電機的優(yōu)點，兩種勵磁 源在電機氣隙中相互作用產(chǎn)生主磁通，當(dāng)電勵磁線圈通入正向的勵磁電流時，產(chǎn)生正向電 磁轉(zhuǎn)矩而增大了電機轉(zhuǎn)矩；反之，當(dāng)電勵磁線圈通入反向勵磁電流時，則產(chǎn)生反向磁場削弱 氣隙磁場達到弱磁升速的目的，從而拓寬了電機的調(diào)速范圍。
[0003] 目前，國內(nèi)外對于混合勵磁同步電機控制方法及驅(qū)動系統(tǒng)研究較少，基本圍繞矢 量控制，且為有傳感器控制，基于矢量控制可W歸為S類，一類是id= 0策略，另一類為弱 磁策略，最后一種為效率最優(yōu)策略。上述控制策略的優(yōu)點連續(xù)控制，比較平滑；缺點是轉(zhuǎn)矩 動態(tài)響應(yīng)不夠快，需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜。由于存在傳感器，所W控制系統(tǒng)價格較高，且容 易出現(xiàn)故障，可靠性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題；本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)更為快速，系統(tǒng)可靠性高，成本低的無位 置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法。
[0005] 技術(shù)方案；本發(fā)明的混合勵磁同步電機無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法，包括W 下步驟：
[0006] (1)立個霍爾電流傳感器和兩個電壓傳感器分別從電機主電路采集相電流i。、ib 和勵磁電流if,母線電壓Udc和勵磁電壓Uf，將采集到的信號經(jīng)電壓跟隨、濾波、偏置及過壓 保護信號調(diào)理后送入控制器；
[0007] 似將送入控制器的相電流ia、i進行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過立相坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo) 系的3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的a軸電流i。和P軸電流iP;利用送入控制器的 Udc和開關(guān)狀態(tài)Sg、Sb、S。，根據(jù)下式確定兩相靜止坐標(biāo)系下的a軸電壓U。和0軸電壓Up;
[000引
【主權(quán)項】
1. 一種混合勵磁同步電機無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征在于，該方法包括 以下步驟： (1) 三個霍爾電流傳感器和兩個電壓傳感器分別從電機主電路采集相電流ia、ib和勵 磁電流i f，母線電壓Udc和勵磁電壓U f，將采集到的信號經(jīng)電壓跟隨、濾波、偏置及過壓保護 信號調(diào)理后送入控制器； (2) 將送入控制器的相電流ia、ib進行A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過三相坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的 3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的α軸電流匕和β軸電流i 利用送入控制器的Udc和 開關(guān)狀態(tài)&、5)3、5。，根據(jù)下式確定兩相靜止坐標(biāo)系下的（1軸電壓11。和|3軸電壓11 {!:
其中，Sa、Sb、S。分別為逆變器三相橋臂a、b、c上下開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，上橋臂導(dǎo)通時值 為1，下橋臂導(dǎo)通時，值為〇 ; (3) 利用步驟（2)得到的ia、，根據(jù)以下各公式分別計算實際電磁轉(zhuǎn)矩估計 值Te、實際定子磁鏈估計值its、定子磁鏈工作扇區(qū)估計值θ?:
其中，Φ α和Φ Ρ分別為兩相靜止坐標(biāo)系下的定子a軸磁鏈和β軸磁鏈，RsS電樞繞 組電阻，P為電機極對數(shù)； 根據(jù)以下各公式分別計算實際轉(zhuǎn)速估計值η和轉(zhuǎn)子位置角估計值Θ
其中，K1是固定的觀測增益，為定子a軸觀測誤差電流，為定子β 軸觀測誤差電流，i、&分別為a軸與β軸觀測電流，Sign()為符號函數(shù)，ea、 ep分別為 a軸與β軸反電勢，為電角速度； (4) 用給定轉(zhuǎn)速nMf減去步驟3)估測到的轉(zhuǎn)速η，將得到的轉(zhuǎn)速偏差Λη輸入速度調(diào)節(jié) 器后得到電磁轉(zhuǎn)矩參考值T^ f，將所述電磁轉(zhuǎn)矩參考值T^f和估計轉(zhuǎn)速η送入電流分配器， 判斷實際轉(zhuǎn)速是否小于額定轉(zhuǎn)速，如是，則電機運行于低速區(qū)，進入步驟5)，否則，電機運行 于高速區(qū)，進入步驟6); (5) 判斷負(fù)載轉(zhuǎn)矩是否滿足T Ν，確定定子磁鏈參考值Φ SMf和電磁轉(zhuǎn)矩參考值T 后進入步驟（7)，其中IY為負(fù)載轉(zhuǎn)矩、T N為額定轉(zhuǎn)矩，具體如下； 當(dāng)T淋，無需增磁控制，i f = 0,采用i d= O控制，按照如下電流分配方案進行電 流分配：
進而得到定子磁鏈參考值為
當(dāng)?γ>ΤΝ時，q軸電流已達到額定值，需進行增磁控制，因此i q= i qN，采用d軸電流id= 〇控制，按照如下電流分配方案進行電流分配：
講而得到定子磁鏈參考倌為：
其中，id#、iqMf分別為d軸與q軸電流參考值，i <jN為q軸電流的額定值；i fraf為勵磁 電流參考值；Ld、Lq分別為d軸與q軸電感，Mf為電樞與勵磁繞組之間的互感；Φ π為永磁體 磁鏈；Φ d、Φ ,分別d軸、q軸磁鏈；T e,ef為電磁轉(zhuǎn)矩，Φ s為定子磁鏈，Φ 一為定子磁鏈參考 值； (6)首先判斷給定轉(zhuǎn)速是否小于弱磁基速]%^，如是，則保持d軸電流id= 0,采用勵磁 電流if弱磁，按照如下電流分配方案進行電流分配：
進而得到定子磁鏈參考值為：
如給定轉(zhuǎn)速達到弱磁基速nflux，則勵磁電流if達到額定值，繼續(xù)采用d軸電流i d弱磁， 按照如下電流分配方案進行電流分配：
定子磁鏈參考值
其中，IfN為勵磁電流額定值，ω 為額定電角速度； (7)用所述定子磁鏈參考值！]^#減去步驟（3)中得到的實際定子磁鏈估計值Φ s得到 定子磁鏈偏差△ ，用電磁轉(zhuǎn)矩參考值!；#減去步驟（3)中的實際電磁轉(zhuǎn)矩估計值1\得 到電磁轉(zhuǎn)矩偏差ΔΤε，然后將Λ 送入滯環(huán)比較器得到轉(zhuǎn)矩控制信號τ，將ΛΤε送入滯 環(huán)比較器得到磁鏈控制信號Φ，三個控制信號τ、φ、θ經(jīng)過開關(guān)表選取開關(guān)狀態(tài)，驅(qū)動主 功率變換器； 同時將步驟（1)中采集的勵磁電流if，經(jīng)信號調(diào)理與A/D轉(zhuǎn)換后，與步驟（5)或（6)得 到的勵磁電流參考值ifMf-起送入直流勵磁脈沖寬度調(diào)制模塊，運算輸出4路脈沖寬度調(diào) 制信號來驅(qū)動勵磁功率變換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合勵磁同步電機無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法，其特征 在于，所述步驟7)中的直流勵磁脈沖寬度調(diào)制模塊為空間矢量脈沖寬度調(diào)制模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合勵磁同步電機無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制方法，利用滑膜觀測器估計混合勵磁同步電機的轉(zhuǎn)速和初始位置，總體控制思想基于直接轉(zhuǎn)矩控制方法。根據(jù)轉(zhuǎn)速判斷電機運行區(qū)域，電機運行于低速區(qū)，采用id＝0控制，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于等于額定轉(zhuǎn)矩時，無需增磁控制；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩時，進行增磁控制。電機運行于高速區(qū)，采用弱磁控制，首先保持id＝0，利用勵磁電流if進行弱磁；當(dāng)勵磁電流if達到額定值時，采用d軸電流id進行弱磁?；旌蟿畲磐诫姍C無位置傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制減小了成本的同時，提高了驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性和轉(zhuǎn)矩快速響應(yīng)能力。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104767455
【申請?zhí)枴緾N201510170083
【發(fā)明人】林明耀, 趙紀(jì)龍
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月10日