基于位置和速度估算的永磁同步电动机无传感器控制

胡邦南

(湖南工业职业技术学院，湖南长沙410208)

    摘要：使用数字信号控制器dsPIc601OA，以软件方式实现永磁同步电动机的无传感器磁场定向控制，重点描述了电机位置和速度的估算过程。位置和速度值是根据测量电流和计算电压得到的，位置和速度估算器基于电流观测器而构建。

    关键词：数字信号控制器；永磁同步电动机；无传感器；电流观测器

中图分类号：TM341    文献标识码：A    文章编号：1004-7018(2008)07-0042-03

 

 

    1 系统概述

 

    如图1所示[1]，永磁同步电动机(以下简称PMsM)轴上没有安装位置传感器，而使用低阻值检测电阻来测量电机上的电流，三相逆变器被用作功率级来驱动电机绕组。

 

 

    电源逆变器内置的电流检测和故障生成电路可防止整个系统受到过电流的损坏。图2显示了三相拓扑以及电流检测和故障生成电路[2]。

 

 

    2 磁场定向控制

 

    图3为磁场定向控制的坐标变换、PI迭代、反变换以及PWM产生的整个过程。以下是间接矢量控制的实现步骤：

 

 

    (5)计算新的坐标变换角。新的角度将告知算法下一个电压矢量在何处。

    (6)通过使用新的角度可将PI控制器的输出变量Vd和Vq变换至静止参考坐标系。该计算将产生正交电压值Vα和Vβ。

    (7)Vα和Vβ比值经过反变换得到三相电压值Va.Vb和Vc。该三相电压值用来计算新的PWM占空比以生成所期望的电压矢量。

 

3电机位置和速度的估算

 

    无传感器控制技术是通过估算电机位置来实现磁场定向控制FOC算法，电机的位置是根据测量电流和计算电压得到的。

 

3 1电机模型

 

    本文通过使用一个直流电机模型来估算PMSM的位置。该电机模型由绕组电阻、绕组电感和反电动势来表示：

 

 

    使用万用表即可测量出常量R和L，据此可以计算出F和G的值。

 

    3.2电流观测器

 

    位置和速度估算器是基于电流观测器而构建的。该观测器是一个数字化模型，该数字化模型对硬件采用了软件表示方式。然而，为了使测量电流和估算电流相匹配，数字化电机模型需要使用如图4所示的闭环控制来进行校正。

 

 

    考虑用两种方式表示电机，一种是硬件方式，另一种是软件方式。两个系统中使用相同的输入电压

 

 

    滑模控制器(以下简称SMC)用来对数字化电机模型进行补偿。SMC包含一个求和结点，用于计算电机上的测量电流与数字化电机模型上的估算电流之差的符号。计算出的差值符号(+1或-1)乘以SMC增益K。SMC控制器的输出就是校正因子Z，该增益被加到数字化模型的电压项，在每一个控

 

 

    滤波器的截止频率值取决于滑动模式控制器增益的选择，通过尝试对增益进行调节来设定该值。第一个滤波器的输出用于两个模块中。第一个模块

 

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