CN203151429U - 一种永磁同步电机无传感器控制装置 - Google Patents

一种永磁同步电机无传感器控制装置 Download PDF

Info

Publication number
CN203151429U
CN203151429U CN2013200689693U CN201320068969U CN203151429U CN 203151429 U CN203151429 U CN 203151429U CN 2013200689693 U CN2013200689693 U CN 2013200689693U CN 201320068969 U CN201320068969 U CN 201320068969U CN 203151429 U CN203151429 U CN 203151429U
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
current
input
output
fractional order
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2013200689693U
Other languages
English (en)
Inventor
黄家才
徐庆宏
郭婧
刘娣
施昕昕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Institute of Technology
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN2013200689693U priority Critical patent/CN203151429U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN203151429U publication Critical patent/CN203151429U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步电机无传感器控制装置，包括电流采集模块、Clark变换模块、PARK变换模块、转速调节模块、第一比较模块、q轴电流调节模块、第二比较模块、d轴电流调节模块、第三比较模块、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、分数阶滑模观测模块、分数阶锁相环模块、三相逆变器和永磁同步电机；本实用新型所设计的一种永磁同步电机无传感器控制装置能够在永磁同步电机控制***存在参数摄动、负载扰动情况下实现对电机反电动势以及转子位置和速度的快速、准确估计，并有效提高***的抗干扰能力。

Description

一种永磁同步电机无传感器控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种永磁同步电机无传感器控制装置，属于交流伺服电机控制技术领域。
背景技术
永磁同步电机具有功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、体积小、重量轻等优点，在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。
永磁同步电机的控制需要获得电机转子的位置和速度信息，目前应用比较普遍的位置传感器包括光电编码器、旋转变压器等装置，而这些装置的使用不但增加了***的体积和成本，降低了***的可靠性，也限制了永磁同步电机在特殊环境下的应用，因此无传感器的控制方法已成为电机控制研究领域的一个研究热点。当电机在中高速范围内运转时，基于滑模观测器的无传感器控制方法得到广泛的应用。
这种方法首先通过构造滑模观测器首先观测电机的反电动势，然后从反电动势中直接或间接地估算出转子位置和速度，具有原理简单、稳定性好等特点，但是当存在***参数摄动、负载扰动时，该方法的快速性和抗干扰能力非常有限。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够在永磁同步电机控制***存在参数摄动、负载扰动情况下实现对电机反电动势以及转子位置和速度的快速、准确估计，并有效提高***的抗干扰能力的永磁同步电机无传感器控制装置。
本实用新型采用如下技术方案解决上述技术问题：本实用新型设计了一种永磁同步电机无传感器控制装置，包括电流采集模块、Clark变换模块、PARK变换模块、转速调节模块、第一比较模块、q轴电流调节模块、第二比较模块、d轴电流调节模块、第三比较模块、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、分数阶滑模观测模块、分数阶锁相环模块、三相逆变器和永磁同步电机，其中：
所述三相逆变器的三路输出端分别连接永磁同步电机的三相电压输入端和电流采集模块的电流输入端，所述电流采集模块的电流输出端与Clark变换模块的电流输入端连接，所述Clark变换模块电流输出端分别连接PARK变换模块的电流输入端和分数阶滑模观测模块的电流输入端，所述分数阶滑模观测模块的反电动势输出端与分数阶锁相环模块的反电动势输入端连接，所述分数阶锁相环模块的输出端分别与第一比较模块的输入端、PARK变换模块的转子角度输入端和PARK逆变换模块的转子角度输入端连接；
所述第一比较模块的输出端与转速调节模块的误差输入端连接，所述转速调节模块的电流给定值输出端与第二比较模块的实际电流输入端连接，所述第二比较模块的差值输出端与q轴电流调节模块的误差输入端连接，所述q轴电流调节模块的q轴电压输出端与PARK逆变换模块的q轴电压输入端连接，所述第三比较模块差值输出端与d轴电流调节模块的误差输入端连接，所述d轴电流调节模块的d轴电压输出端与PARK逆变换模块的d轴电压输入端连接；
所述PARK逆变换模块的电压输出端分别与空间矢量脉宽调制模块的电压输入端和分数阶滑模观测模块的电压输入端连接，所述PARK变换模块的电流输出端分别与第二比较模块的实际电流输入端、第三比较模块的实际电流输入端连接。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
1.本实用新型中所提出的分数阶滑模观测器、分数阶锁相环中均包含一个分数阶微积分算子，且算子的分数阶次可调，通过选择合适的分数阶次，可以实现反电动势、电机速度和转子位置的快速准确估计；
2.本实用新型对***扰动、参数摄动等不确定性因素具有鲁棒性，因此可以更好的实现永磁同步电机的无传感器控制；
3.本实用新型中的分数阶滑模观测器中采用饱和函数，通过选择合理的边界层厚度可以有效削弱滑模控制存在的抖振现象。
附图说明
图1是本实用新型的结构原理框图；
图2是本实用新型中分数阶滑模观测器计算α-β坐标系下反电动势观测值的原理框图；
图3是本实用新型中分数阶滑模观测器计算α-β坐标系下反电动势观测值
Figure BDA00002819371600032
的原理框图；
图4是本实用新型中分数阶锁相环的结构原理框图；
图5是***存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型中分数阶滑模观测模块输出的反电动势观测值
Figure BDA00002819371600034
的示意图；
图6是***存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型中分数阶锁相环模块输出的电机转子位置估计值
Figure BDA00002819371600035
与电机实际转子位置的比较示意图；
图7是***存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型对永磁同步电机的无传感器控制的速度输出示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：
如图1所示，本实用新型设计了一种永磁同步电机无传感器控制装置，包括电流采集模块、Clark变换模块、PARK变换模块、转速调节模块、第一比较模块、q轴电流调节模块、第二比较模块、d轴电流调节模块、第三比较模块、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、分数阶滑模观测模块、分数阶锁相环模块、三相逆变器和永磁同步电机，其中：
所述三相逆变器的三路输出端分别连接永磁同步电机的三相电压输入端和电流采集模块的电流输入端，所述电流采集模块的电流输出端与Clark变换模块的电流输入端连接，所述Clark变换模块电流输出端分别连接PARK变换模块的电流输入端和分数阶滑模观测模块的电流输入端，所述分数阶滑模观测模块的反电动势输出端与分数阶锁相环模块的反电动势输入端连接，所述分数阶锁相环模块的输出端分别与第一比较模块的输入端、PARK变换模块的转子角度输入端和PARK逆变换模块的转子角度输入端连接；
所述第一比较模块的输出端与转速调节模块的误差输入端连接，所述转速调节模块的电流给定值输出端与第二比较模块的实际电流输入端连接，所述第二比较模块的差值输出端与q轴电流调节模块的误差输入端连接，所述q轴电流调节模块的q轴电压输出端与PARK逆变换模块的q轴电压输入端连接，所述第三比较模块差值输出端与d轴电流调节模块的误差输入端连接，所述d轴电流调节模块的d轴电压输出端与PARK逆变换模块的d轴电压输入端连接；
所述PARK逆变换模块的电压输出端分别与空间矢量脉宽调制模块的电压输入端和分数阶滑模观测模块的电压输入端连接，所述PARK变换模块的电流输出端分别与第二比较模块的实际电流输入端、第三比较模块的实际电流输入端连接。
其工作原理为：
所述电流采集模块用于采集电机三相定子电流ia、ib和ic，并传输至Clark变换模块和PARK变换模块；
所述Clark变换模块用于将电机三相定子电流ia、ia和ic变换为α-β坐标系下的等效电流ia和iβ，并将α-β坐标系下的等效电流ia和iβ以及α-β坐标系下的等效电压ua和uβ输入至分数阶滑模观测模块；
如图2和图3所示，所述分数阶滑模观测模块用于利用上述α-β坐标系下的等效电压ua、uβ和α-β坐标系下的等效电流ia、iβ产生α-β坐标系下反电动势观测值和
Figure BDA00002819371600052
并传输至分数阶锁相环模块；
实施方案中，为了进一步滤除反电动势观测值
Figure BDA00002819371600053
Figure BDA00002819371600054
中的高频分量，可以采取常规的做法，就是将
Figure BDA00002819371600055
先通过一个低通滤波器后再输入给分数阶锁相环，分数阶锁相环输出的位置估计值加上一个角度补偿即可。
如图4所示，所述分数阶锁相环模块用于利用上述α-β坐标系下反电动势观测值
Figure BDA00002819371600058
和
Figure BDA00002819371600059
产生转子电子角速度估计值和电机转子位置估计值
Figure BDA000028193716000511
并将所述电机转子位置估计值
Figure BDA000028193716000512
分别传输至PARK变换模块和PARK逆变换模块，将所述转子电子角速度估计值
Figure BDA000028193716000513
传输至第一比较模块；
所述PARK变换模块用于利用接收到的电机转子位置估计值
Figure BDA000028193716000514
和α-β坐标系下的等效电流ia、iβ产生d-q坐标系下的实际输出电流值id和iq，并将所述d轴的实际输出电流值id传输至第三比较模块，将q轴的实际输出电流值iq传输至第二比较模块；
所述第一比较器用于将电机运行速度给定值ωref与转子电子角速度的估计值
Figure BDA00002819371600061
比较后的差值e传输至转速调节模块，转速调节器用于输出d-q坐标系下q轴电流给定值
Figure BDA00002819371600062
所述q轴电流给定值
Figure BDA00002819371600063
与q轴实际输出电流值iq经过第二比较模块比较后的差值输入给q轴电流调节模块，所述q轴电流调节模块产生q轴电压输出值uq，并将q轴电压输出值uq传输至PARK逆变换模块；
d轴电流给定值
Figure BDA00002819371600064
与d轴实际输出电流值id经过第三比较器比较后的差值输入至d轴电流调节模块，所述d轴电流调节模块产生d轴电压输出值ud，并将d轴电压输出值ud传输至PARK逆变换模块；
所述PARK逆变换模块利用接收到的q轴电压输出值uq和d轴电压输出值ud产生α-β坐标系下的等效电压控制给定值和并将所述等效电压控制给定值
Figure BDA00002819371600067
和
Figure BDA00002819371600068
传输至空间矢量脉宽调制模块；
所述空间矢量脉宽调制模块利用接收到的α-β坐标系下的等效电压控制给定值
Figure BDA00002819371600069
和
Figure BDA000028193716000610
产生PWM信号，所述PWM信号用于控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。
在具体的实施例中，所述分数阶滑模观测模块和分数阶锁相环模块都可以使用硬件电路去实现。
图5是***存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型中分数阶滑模观测器输出的反电动势观测值
Figure BDA00002819371600071
Figure BDA00002819371600072
的示意图；图中alfa轴反电动势观测值定义为
Figure BDA00002819371600073
图中beta轴反电动势观测值定义为
Figure BDA00002819371600074
图6是***存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型中分数阶锁相环模块输出的电机转子位置估计值
Figure BDA00002819371600075
与电机实际转子位置的比较示意图。
图7是***存在一定参数摄动和负载扰动时，本实用新型对永磁同步电机的无传感器控制的速度输出示意图。
从图5-7中可以看出，当***存在一定参数摄动以及在0.2秒存在负载扰动时，本实用新型可以正确估计反电动势观测值
Figure BDA00002819371600076
Figure BDA00002819371600077
也可以准确输出电机转子位置估计值
Figure BDA00002819371600078
且速度输出响应快，超调量小，在扰动发生时能够及时进行转速调节，保持速度跟随给定值。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机无传感器控制装置，其特征在于，包括电流采集模块、Clark变换模块、PARK变换模块、转速调节模块、第一比较模块、q轴电流调节模块、第二比较模块、d轴电流调节模块、第三比较模块、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、分数阶滑模观测模块、分数阶锁相环模块、三相逆变器和永磁同步电机，其中：
所述三相逆变器的三路输出端分别连接永磁同步电机的三相电压输入端和电流采集模块的电流输入端，所述电流采集模块的电流输出端与Clark变换模块的电流输入端连接，所述Clark变换模块电流输出端分别连接PARK变换模块的电流输入端和分数阶滑模观测模块的电流输入端，所述分数阶滑模观测模块的反电动势输出端与分数阶锁相环模块的反电动势输入端连接，所述分数阶锁相环模块的输出端分别与第一比较模块的输入端、PARK变换模块的转子角度输入端和PARK逆变换模块的转子角度输入端连接；
所述第一比较模块的输出端与转速调节模块的误差输入端连接，所述转速调节模块的电流给定值输出端与第二比较模块的实际电流输入端连接，所述第二比较模块的差值输出端与q轴电流调节模块的误差输入端连接，所述q轴电流调节模块的q轴电压输出端与PARK逆变换模块的q轴电压输入端连接，所述第三比较模块差值输出端与d轴电流调节模块的误差输入端连接，所述d轴电流调节模块的d轴电压输出端与PARK逆变换模块的d轴电压输入端连接；
所述PARK逆变换模块的电压输出端分别与空间矢量脉宽调制模块的电压输入端和分数阶滑模观测模块的电压输入端连接，所述PARK变换模块的电流输出端分别与第二比较模块的实际电流输入端、第三比较模块的实际电流输入端连接。
CN2013200689693U 2013-02-05 2013-02-05 一种永磁同步电机无传感器控制装置 Expired - Fee Related CN203151429U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013200689693U CN203151429U (zh) 2013-02-05 2013-02-05 一种永磁同步电机无传感器控制装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013200689693U CN203151429U (zh) 2013-02-05 2013-02-05 一种永磁同步电机无传感器控制装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN203151429U true CN203151429U (zh) 2013-08-21

Family

ID=48978920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013200689693U Expired - Fee Related CN203151429U (zh) 2013-02-05 2013-02-05 一种永磁同步电机无传感器控制装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN203151429U (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103997262A (zh) * 2014-06-10 2014-08-20 东南大学 基于无传感器轮毂式电机的电动自行车正弦波控制方法
CN105811829A (zh) * 2014-10-01 2016-07-27 现代自动车株式会社 用于电动机的无传感器控制方法和***
CN106849808A (zh) * 2017-03-31 2017-06-13 哈尔滨工业大学 带lc滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制***及方法
CN107579690A (zh) * 2017-08-28 2018-01-12 南京理工大学 一种基于滑模观测的超高速永磁同步电机转速估计方法
EP3422559A1 (de) * 2017-06-30 2019-01-02 Pfeiffer Vacuum Gmbh Modulationsverfahren für einen drehstrom-wechselrichter
CN110606178A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 南京工程学院 一种基于三目视觉的海底观测水下机器人及其控制方法
CN113114078A (zh) * 2021-03-08 2021-07-13 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种多相永磁同步电机的无位置传感器控制方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103997262A (zh) * 2014-06-10 2014-08-20 东南大学 基于无传感器轮毂式电机的电动自行车正弦波控制方法
CN105811829A (zh) * 2014-10-01 2016-07-27 现代自动车株式会社 用于电动机的无传感器控制方法和***
CN105811829B (zh) * 2014-10-01 2019-08-13 现代自动车株式会社 用于电动机的无传感器控制方法和***
CN106849808A (zh) * 2017-03-31 2017-06-13 哈尔滨工业大学 带lc滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制***及方法
EP3422559A1 (de) * 2017-06-30 2019-01-02 Pfeiffer Vacuum Gmbh Modulationsverfahren für einen drehstrom-wechselrichter
CN107579690A (zh) * 2017-08-28 2018-01-12 南京理工大学 一种基于滑模观测的超高速永磁同步电机转速估计方法
CN107579690B (zh) * 2017-08-28 2019-07-02 南京理工大学 一种基于滑模观测的超高速永磁同步电机转速估计方法
CN110606178A (zh) * 2019-10-28 2019-12-24 南京工程学院 一种基于三目视觉的海底观测水下机器人及其控制方法
CN110606178B (zh) * 2019-10-28 2024-04-23 南京工程学院 一种基于三目视觉的海底观测水下机器人及其控制方法
CN113114078A (zh) * 2021-03-08 2021-07-13 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种多相永磁同步电机的无位置传感器控制方法
CN113114078B (zh) * 2021-03-08 2022-05-27 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种多相永磁同步电机的无位置传感器控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103117703B (zh) 一种永磁同步电机无传感器控制方法及其控制装置
CN203151429U (zh) 一种永磁同步电机无传感器控制装置
CN103312255B (zh) 一种永磁同步电机速度控制方法和装置
CN103872951B (zh) 基于滑模磁链观测器的永磁同步电机转矩控制方法
CN107222135B (zh) 一种直流无刷电机无位置传感器控制***换相控制方法
CN102710206B (zh) 一种变速永磁交流发电机***及其双端口稳压控制方法
CN106849808B (zh) 带lc滤波器的永磁同步电机无位置传感器控制***及方法
CN106787988A (zh) 一种无刷直流电机全调速范围内转矩脉动抑制方法
CN102790575B (zh) 基于电流预测的永磁同步电机控制方法及***
CN109167539B (zh) 一种重载状况下无位置传感器无刷直流电机换相误差补偿方法及控制***
CN102611368A (zh) 基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制***及方法
CN106026803A (zh) 一种基于滑模观测器的无速度传感器控制方法
CN103051274A (zh) 基于变阻尼的二自由度永磁同步电机的无源性控制方法
CN103997269B (zh) 一种电力机器人驱动***的控制方法
CN103199787A (zh) 基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置
CN103036496A (zh) 自适应反推控制的永磁同步电机dtc***及其控制方法
CN103856132A (zh) 一种交流伺服永磁同步电机控制***
CN110165952B (zh) 一种无电解电容永磁同步电机矢量控制母线电压波动补偿方法
CN106411209A (zh) 永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN108306570A (zh) 永磁同步电机直接转矩控制方法及***
CN103647493B (zh) 一种永磁同步电机的h无穷转速估计方法
CN104767457A (zh) 直流变频压缩机运行过程中参数自适应的方法
CN104167966A (zh) 一种带有霍尔传感器定位的永磁直线电机控制方法
CN202696533U (zh) 一种变速永磁交流发电机***
CN203457094U (zh) 一种交流伺服永磁同步电机控制***

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130821

Termination date: 20150205

EXPY Termination of patent right or utility model