CN105915144B - 一种永磁同步电机转速跟踪控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转速跟踪控制方法，首先由扩展卡尔曼滤波器得到电机转速估计值，再由控制器根据电流实际值与参考值的误差来产生控制信号，最后通过逆变器实现对电机转速的控制。实现上述方法的控制***包括：扩展卡尔曼滤波模块、转速控制模块、电流控制模块、逆变器和被控电机。本发明方法简单明了，能够准确对永磁同步电机转速进行跟踪控制。相比于传统矢量控制方法，***结构简单，具有一定的应用前景。

Description

一种永磁同步电机转速跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制与应用，具体涉及一种永磁同步电机转速控制方法。
背景技术
永磁同步电机具有运行平稳，效率高，调速性能好的特点，随着新型电机控制理论的快速发展，永磁同步电动机在许多领域得到了迅速的推广应用。
要想实现电机高精度控制，需要知道到电机的转子转速和位置信息，目前通常使用位置传感器来获得。但位置传感器的使用会增加***成本，不利于维护和检修。在恶劣的运行环静下，可能会产生较大的误差，降低可靠性。无位置传感器控制技术利用电机本身的数学模型，通过测量的到的电机电压、电流，运用估算算法得到电机转子速度和位置信息的估计值，因此得到了广泛研究。
目前永磁同步电机控制方法主要有直接转矩控制和矢量控制方法，这些方法通常包括叠加的转矩控制环与电流控制环，并由PI控制器得到控制信号，最后利用SVPWM控制技术对逆变器进行控制。这些方法依赖准确的电机参数，且结构较为复杂，不便于应用。
发明内容
发明目的：本发明目的是给出一种有效的永磁同步电机转速控制方法，简化控制***结构，保证电机实际转速能准确跟踪给定转速。
技术方案：一种永磁同步电机转速跟踪控制方法，包括以下步骤：
(1)运用扩展卡尔曼滤波器估计出电机转速值，并通过PI控制器得到转矩参考值；
(2)从逆变器的6种有效电压矢量中任意选取两条，比较分别采用两条电压矢量控制信号后电机的实际电流与参考电流之间的误差，选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压；
(3)根据步骤(2)选取的误差小的电压矢量控制逆变器开关状态，从而对电机进行控制；
(4)进入下一采样时刻，重复步骤(1)～(4)。
进一步的，步骤(2)选取的两条电压矢量中，任一电压矢量对应的电流误差εn计算方 法为
其中，n为对应选取的电压矢量的序号，n取1、2；i0为根据电机方程计算出的电流分量；vn为对应选取的电压矢量；Δt为离散采样时间，Ld、Lq分别为电机d、q轴等效电感，i*为参考电流；其中，i*和i0分别计算如下：
其中，为转矩参考值，p为电机极对数，ψ为永磁体磁链，R为定子电阻，id,k、iq,k分别为当前采样时刻d、q轴电流，ωk为电机电角速度。
进一步的，步骤(2)中选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压，具体为：
令
其中，θ为电机转子位置；
当T≤0时，选取v1作为控制电压；
当T＞0时，选取v2作为控制电压。
进一步的，步骤(2)中选取的两条电压矢量分别为
其中，VDC为直流电压，θ为电机转子位置。
有益效果：通过所提出转速控制方法能得到逆变器开关信号，直接对逆变器进行控制。省去了SVPWM模块，仅选取两个电压控制矢量，简化***结构，更有利于工程实施。而且本方法中电机转速与位置通过扩展卡尔曼滤波获得，不需要位置传感器，从而 降低***成本，提高***转速控制响应速度，提高运行可靠性。
附图说明
图1为本发明完整控制***结构框图；
图2为本发明电机控制方法流程图。
具体实施方式
本发明根据永磁同步电机id＝0控制策略，由给定转速计算得到目标电流值。然后在比较两条电压控制矢量产生的电流误差后，选取误差较小的作为控制电压，最后通过逆变器实现对电机转速的控制。结合扩展卡尔曼滤波器，可以实现永磁同步电机无位置传感器控制，简化***结构，降低成本。
下面结合附图对本发明具体实施方法进行阐述。
如附图1、2所示，首先运用Clark和Park变换得到电机d、q轴等效电流，再通过扩展卡尔曼滤波器得到电机估计转速，与给定跟踪转速比较之后，由PI转速控制器可以得到电磁转矩给定值
根据永磁同步电机电磁转矩Tem计算表达式
当采用id＝0控制策略时，给定参考电流i*如下：
式中，ψ为永磁体磁链，p为电机极对数，id,k、iq,k分别为当前采样时刻d、q轴电流，Ld、Lq分别为电机d、q轴等效电感。
从逆变器输出的6种有效电压矢量中任意选取两条，比较分别采用这两条电压矢量控制信号后电机的实际电流与参考电流之间的误差，选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压。本实施例选取如下两条电压矢量：
其中，VDC为直流电压，θ为电机转子位置。矩阵[0 0 1]T，[0 1 0]T可以反映出逆变器开关状态。
采用电压矢量vn对电机进行控制后，实际电流向量in为：
式中，n取1、2，i0为根据电机方程计算出的电流分量，Δt为离散采样时间；其中：
式中，R为定子电阻，id,k、iq,k分别为当前采样时刻d、q轴电流，ωk为电机电角速度。
接下来分别计算采用这两条控制电压矢量后，每一电压矢量对应的实际电流与参考电流的误差εn为：
计算误差向量的模值，选择误差小的向量作为本次采样时刻的控制电压，，具体为：
令
当T≤0时，选取v1作为控制电压；
当T＞0时，选取v2作为控制电压。
据选取的电压向量控制逆变器开关状态，对电机进行控制。
然后进入下一采样时刻，重复以上步骤即可实现对永磁同步电动机的转速跟踪控制。
但本方法并仅不限于此，6种有效电压向量中任选两条均可作为本发明选取的控制电压。
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 (3)

1.一种永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)运用扩展卡尔曼滤波器估计出电机转速值，并通过PI控制器得到转矩参考值；
(2)从逆变器的6种有效电压矢量中任意选取两条，比较分别采用两条电压矢量控制信号后电机的实际电流与参考电流之间的误差，选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压；
(3)根据步骤(2)选取的误差小的电压矢量控制逆变器开关状态，从而对电机进行控制；
(4)进入下一采样时刻，重复步骤(1)～(4)；
步骤(2)选取的两条电压矢量中，任一电压矢量对应的电流误差εn计算方法为
其中，n为对应选取的电压矢量的序号，n取1、2；i0为根据电机方程计算出的电流分量；vn为对应选取的电压矢量；△t为离散采样时间，Ld、Lq分别为电机d、q轴等效电感，i*为参考电流；其中，i*和i0分别计算如下：
其中，为转矩参考值，p为电机极对数，ψ为永磁体磁链，R为定子电阻，id,k、iq,k分别为当前采样时刻d、q轴电流，ωk为电机电角速度。
2.如权利要求1所述永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于：步骤(2)中选择误差小的电压矢量作为本次采样时刻的控制电压，具体为：
令
其中，θ为电机转子位置；
当T≤0时，选取v1作为控制电压；
当T>0时，选取v2作为控制电压。
3.如权利要求1所述永磁同步电机转速跟踪控制方法，其特征在于：步骤(2)中选取的两条电压矢量分别为
其中，VDC为直流电压，θ为电机转子位置。
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带扰动观测器的永磁同步电机非线性预测跟踪控制;沈绍博;《南京航空航天大学学报》;20150630;第47卷(第3期);第367-371页 *

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