兩相導(dǎo)通永磁無刷直流電機(jī)低速及零速交軸電感觀測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種兩相導(dǎo)通永磁無刷直流電機(jī)低速及零速交軸電感觀測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁無刷直流電機(jī)（BLDCM)采用兩相導(dǎo)通模式，其控制結(jié)構(gòu)簡單。目前對其控制 策略的研究主要有兩種：電流閉環(huán)PWM控制和直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC)。若在電流閉環(huán)PffM控 制中包括電磁轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)，則可以有效提高該驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)性能及穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的平穩(wěn)性；而 直接轉(zhuǎn)矩控制采用電磁轉(zhuǎn)矩閉環(huán)，具有轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)快速優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 與傳統(tǒng)的正弦波永磁同步電機(jī)相比較，永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子反電動勢理論上設(shè) 計為方波，所以計算電磁轉(zhuǎn)矩時需要電機(jī)的直交軸電感參數(shù)。在直軸方向含有永磁體，永磁 體導(dǎo)磁特性近似空氣，所以直軸電感基本不隨電機(jī)的工作點(diǎn)變化而變化，基本為常數(shù)。所以 可以采用離線的方法測量直軸電感，例如采用RLC測試儀測量直軸電感值。交軸磁路飽和 性能直接與交軸電流大小有關(guān)，即交軸電感會隨著電機(jī)的工作點(diǎn)變化而變化。若要準(zhǔn)確計 算電磁轉(zhuǎn)矩，必須在電機(jī)正常工作過程中實(shí)時測量出隨工作點(diǎn)變化的交軸電感值。
[0004] 目前測量交軸電感主要有離線測量和在線觀測兩種方法。其中離線測量時電機(jī)不 工作，例如用RLC測試儀測量交軸電感。顯然，這是一種靜態(tài)測量方法，由于電機(jī)不工作，所 以此種測量出來的交軸電感值不能反映電機(jī)實(shí)際工作時的電感值，與電機(jī)工作時的實(shí)際交 軸電感之間有很大的誤差。在線觀測法是在電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)運(yùn)行時對交軸電感進(jìn)行觀測。目 前在線觀測法是基于電機(jī)的基波模型構(gòu)建的，測量中需要用到電機(jī)的基波端電壓。隨著轉(zhuǎn) 速的降低，基波端電壓也下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到低轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速時，由于基波端電壓幅值太 小，無法準(zhǔn)確測量獲得。所以目前的在線觀測法在低轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速運(yùn)行區(qū)是不適用的。如 何在低轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速區(qū)域準(zhǔn)確觀測出交軸電感值成為電機(jī)在這一區(qū)域準(zhǔn)確計算電磁轉(zhuǎn)矩 及電磁轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確控制的難題。
[0005] 縱觀目前的兩相導(dǎo)通模式的BLDCM電機(jī)交軸電感觀測或測量研究現(xiàn)狀，電機(jī)處于 中、高轉(zhuǎn)速區(qū)的觀測或測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但低速及零轉(zhuǎn)速交軸電感的觀測還是一個 空白，而且也是一個難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種兩相導(dǎo)通永磁無刷直流電機(jī)低速及零速交 軸電感觀測方法，用以解決凸極式永磁無刷直流電機(jī)在兩相導(dǎo)通模式下低速運(yùn)行時準(zhǔn)確觀 測交軸電感的難題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種兩相導(dǎo)通永磁無刷直流電機(jī)低 速及零速交軸電感觀測方法，其特征在于包括以下步驟：
[0008] 步驟Sl :在三相定子繞組相電壓uA、uB、Ue進(jìn)行采樣，將所述三相定子繞組相電壓 UA、UB、Uc經(jīng)一帶通濾波器濾波后輸出對應(yīng)注入高頻電流頻率的高頻分量U Ag、UBg、UCg;
[0009] 步驟S2 :將所述高頻分量uAg、uBg、uCg依次送給一乘法器及一低通濾波器，分別輸 出直流分量 LPF (uAg cos ω t)、LPF (uBg cos ω t)、LPF (uCg cos ω t)，BP Uxa、Uxb、Uxc;
[0010] 步驟S3 :借助三個三位開關(guān)對直流分量Uxa、Uxb、Ux。進(jìn)行分配，所述三個三位開關(guān) 分別輸出直流分量U xl、Ux2、Ux3;
[0011] 步驟S4 :將直流分量Uxl、Ux2送給一減法器，輸出U xl-Ux2;
[0012] 步驟S5 :將Uxl-Ux2及頻率ω和高頻電流幅值I "的乘積ω I "送給一除法器，輸出 交軸電感的第一部分
[0013] 步驟S6 :根據(jù)Uxl_Ux2、Ux3、頻率ω、高頻電流幅值Ini及已知直軸電感L d，計算出交 軸電感的第二部分
[0014] 步驟S7 :將交軸電感的第一部分Lql和第二部分L q2送給一加法器，輸出交軸電感 的觀測值 Lq= (Lql+Lq2)。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟SI中：
[0016] 若是AB相繞組導(dǎo)通，則
[0020] 若是BC相繞組導(dǎo)通，則
[0024] 若是CA相繞組導(dǎo)通，則

[0028] 進(jìn)一步的，所述步驟S2中：
[0029] 若是AB相繞組導(dǎo)通，則
[0033] 若是BC相繞組導(dǎo)通，則
[0037] 若是CA相繞組導(dǎo)通，則
[0041] 進(jìn)一步的，所述步驟S3中：
[0042] 右是 AB 相繞組導(dǎo)通，則 Uxl= U xa、Ux2= U xb、Ux3= U xc;
[0043] 右是 BC 相繞組導(dǎo)通，則 Uxl= U xb、Ux2= U xc、Ux3= U xa;
[0044] 右是 CA 相繞組導(dǎo)通，則 Uxl= U X(：、Ux2= U xa、Ux3= U xb。
[0045] 進(jìn)一步的，所述步驟SI之前還包括步驟SO :在導(dǎo)通的兩相串聯(lián)繞組中注入一頻率 為ω、幅值為Im的高頻電流I m sincot實(shí)現(xiàn)高頻電流閉環(huán)控制。
[0046] 進(jìn)一步的，所述步驟SO的具體步驟如下：
[0047] 步驟SOl :由一高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻正交基準(zhǔn)信號sincot和coscot ;
[0048] 步驟S02 :根據(jù)高頻正弦信號sincot及高頻電流幅值Im，計算出繞組中注入給定 高頻電流
[0049] 進(jìn)一步，所述步驟S7之后還包括：
[0050] 步驟S81 :將三相繞組電流采樣值iA、iB、、分別經(jīng)過一帶通濾波器濾波后輸出對 應(yīng)注入高頻電流頻率的高頻分量i Ag、iBg、iCg;
[0051] 步驟S82 :利用三位開關(guān)將三相高頻電流iAg、iBg、ieg中導(dǎo)通相高頻電流反饋得到 反饋高頻電流i g;
[0052] 步驟S83 :將所述給定高頻電流和反饋高頻電流的誤差送給一高頻電流控制器， 所述高頻電流控制器輸出控制高頻電流的導(dǎo)通串聯(lián)繞組線電壓給定值
[0053] 步驟S84 :將三相繞組電流采樣值iA、iB、、分別經(jīng)過一中心頻率為ω的帶阻濾波 器濾波后輸出基波分量i M、hf、icf;
[0054] 步驟S85 :電流PffM閉環(huán)控制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法環(huán)節(jié)根據(jù)輸入的基波分量iAf、 及步驟S7得到的交軸電感的觀測值，計算出控制電磁轉(zhuǎn)矩的導(dǎo)通的兩相串聯(lián)定子繞 組端電壓給定初始值《??
[0055] 步驟S86 :將所述電壓給定值?及電壓給定初始值< 同時送給一定子繞組電壓 PffM環(huán)節(jié)，經(jīng)功率開關(guān)驅(qū)動控制電力電子變換器實(shí)現(xiàn)高頻電流閉環(huán)控制。
[0056] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：
[0057] 1、本發(fā)明基于獨(dú)立于電機(jī)基波模型的高頻模型，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)低速及零轉(zhuǎn)速交軸電 感觀測，有效提高了電機(jī)低速和零轉(zhuǎn)速電磁轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確觀測，提高了驅(qū)動系統(tǒng)的低速和零 轉(zhuǎn)速運(yùn)行時的負(fù)載能力；
[0058] 2、與現(xiàn)有的靜態(tài)測試方法不同，本發(fā)明中觀測交軸電感能夠隨電機(jī)交軸磁路飽和 程度變化而變化，實(shí)施快速觀測出實(shí)際電機(jī)交軸電感值；
[0059] 3、本發(fā)明所述的電機(jī)仍然工作于兩相導(dǎo)通狀態(tài)，降低了驅(qū)動系統(tǒng)整體損耗，仍然 保持了無刷直流電機(jī)兩相導(dǎo)通控制策略的簡潔優(yōu)點(diǎn)；
[0060] 4、本發(fā)明無需添加任何的輔助硬件電路即可實(shí)現(xiàn)同步電動機(jī)低速及零轉(zhuǎn)速時的 交軸電感的準(zhǔn)確觀測，驅(qū)動系統(tǒng)硬件成本沒有增加。
【附圖說明】
[0061] 圖1是本發(fā)明永磁無刷直流電機(jī)低速及零速交軸電感觀測原理框圖。
[0062] 圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的觀測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0064] 本發(fā)明方法的觀測原理框圖如圖1所示。給電機(jī)供電的是任意一種滿足要求電力 電子變換器，例如三相逆變橋、矩陣變換器等。永磁無刷直流電機(jī)三相繞組電流采樣值iA、 iB、、經(jīng)過中心頻率為ω的帶阻濾波器濾波后輸出基波分量iAf、iBf、電流PffM閉環(huán)控 制或直接轉(zhuǎn)矩控制算法環(huán)節(jié)根據(jù)輸入的電流基波分量i Af、iBf、iM及觀測的交軸電感值，計 算出用于控制轉(zhuǎn)矩的導(dǎo)通的兩相串聯(lián)定子繞組端電壓給定初始值本發(fā)明針對兩相導(dǎo)通 模式凸極式永磁無刷直流電機(jī)低速及零速運(yùn)行情況，提出一種新型高頻脈動電流注入交軸 電感觀測方法。設(shè)置了四個三位開關(guān)S 2、S3、S4，開關(guān)的1、2、3三個位置分別對應(yīng)電機(jī)繞 組AB相繞組導(dǎo)通、BC相繞組導(dǎo)通、CA相繞組導(dǎo)通情況。當(dāng)電機(jī)繞組處于某一種導(dǎo)通情況 下，三相相電壓u A、uB、Uc分別經(jīng)過中心頻率為ω的帶通濾波器，將其中對應(yīng)高頻分量u Ag、 uBg、uCg提取出來；三路高頻電壓分量分別依次送給三個乘法器、低通濾波器后，輸出經(jīng)過信 號解調(diào)以后的直流分量LPF (uAg cos cot)、LPF (uBg cos cot)、LPF (uCg coscot);將解調(diào)以后 的直流分量LPF (uAg cosco t)、LPF (uBg cosco t)、LPF (uCg coscot)送給由導(dǎo)通相決定的三個 開關(guān)S2、S3、S4，三個開關(guān)依次輸出直流分量U xl、Ux2、Ux3;將U xl、Ux2、Ux3、乘積項ω Ini(其中Ini 和ω分別為注