基于位置和速度估算的永磁同步電動機無傳感器控制

胡邦南

(湖南工業職業技術學院，湖南長沙410208)

    摘要：使用數字信號控制器dsPIc601OA，以軟件方式實現永磁同步電動機的無傳感器磁場定向控制，重點描述了電機位置和速度的估算過程。位置和速度值是根據測量電流和計算電壓得到的，位置和速度估算器基于電流觀測器而構建。

    關鍵詞：數字信號控制器；永磁同步電動機；無傳感器；電流觀測器

中圖分類號：TM341    文獻標識碼：A    文章編號：1004-7018(2008)07-0042-03

 

 

    1 系統概述

 

    如圖1所示[1]，永磁同步電動機(以下簡稱PMsM)軸上沒有安裝位置傳感器，而使用低阻值檢測電阻來測量電機上的電流，三相逆變器被用作功率級來驅動電機繞組。

 

 

    電源逆變器內置的電流檢測和故障生成電路可防止整個系統受到過電流的損壞。圖2顯示了三相拓撲以及電流檢測和故障生成電路[2]。

 

 

    2 磁場定向控制

 

    圖3為磁場定向控制的坐標變換、PI迭代、反變換以及PWM產生的整個過程。以下是間接矢量控制的實現步驟：

 

 

    (5)計算新的坐標變換角。新的角度將告知算法下一個電壓矢量在何處。

    (6)通過使用新的角度可將PI控制器的輸出變量Vd和Vq變換至靜止參考坐標系。該計算將產生正交電壓值Vα和Vβ。

    (7)Vα和Vβ比值經過反變換得到三相電壓值Va.Vb和Vc。該三相電壓值用來計算新的PWM占空比以生成所期望的電壓矢量。

 

3電機位置和速度的估算

 

    無傳感器控制技術是通過估算電機位置來實現磁場定向控制FOC算法，電機的位置是根據測量電流和計算電壓得到的。

 

3 1電機模型

 

    本文通過使用一個直流電機模型來估算PMSM的位置。該電機模型由繞組電阻、繞組電感和反電動勢來表示：

 

 

    使用萬用表即可測量出常量R和L，據此可以計算出F和G的值。

 

    3.2電流觀測器

 

    位置和速度估算器是基于電流觀測器而構建的。該觀測器是一個數字化模型，該數字化模型對硬件采用了軟件表示方式。然而，為了使測量電流和估算電流相匹配，數字化電機模型需要使用如圖4所示的閉環控制來進行校正。

 

 

    考慮用兩種方式表示電機，一種是硬件方式，另一種是軟件方式。兩個系統中使用相同的輸入電壓

 

 

    滑模控制器(以下簡稱SMC)用來對數字化電機模型進行補償。SMC包含一個求和結點，用于計算電機上的測量電流與數字化電機模型上的估算電流之差的符號。計算出的差值符號(+1或-1)乘以SMC增益K。SMC控制器的輸出就是校正因子Z，該增益被加到數字化模型的電壓項，在每一個控

 

 

    濾波器的截止頻率值取決于滑動模式控制器增益的選擇，通過嘗試對增益進行調節來設定該值。第一個濾波器的輸出用于兩個模塊中。第一個模塊

 

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