【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于同步電機控制，更具體地，涉及一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法及系統。
技術介紹
1、在兆瓦功率級別的全功率整流型變速抽水蓄能系統中，電勵磁同步電機具有高壓經濟性、功率因數可調和短路電流處理能力強等優勢，因此成為了全功率變速抽蓄系統的首選。除此以外，電勵磁同步電機也適用于風洞風機等其他大功率變頻驅動場合。
2、通常，為實現對同步電機的高性能變頻控制，轉子位置傳感器是不可或缺的。但位置傳感器不僅增加了系統成本，其精度還會受到所處環境的影響。位置傳感器發生故障則直接導致停機，因此，無位置傳感器控制技術成為了位置傳感器的替代方案。
3、相較于永磁同步電機，電勵磁同步電機多了一套勵磁繞組和兩套阻尼繞組。由于帶阻尼繞組的電勵磁同步電機數學模型較為復雜，目前常見的基于電勵磁同步電機的無位置傳感器模型均直接忽略阻尼繞組或盡可能簡化阻尼繞組從而減小計算量，這種簡化帶來的影響就是在電機動態過程運行中轉子位置和轉速估算偏差較大，嚴重時甚至可能導致失步，這在大功率場合帶來的影響是毀滅性的。
4、一般位置和轉速信息需要從磁鏈當中獲取，所以需要對電機的磁鏈進行觀測。常見的磁鏈觀測器分為電壓模型和電流模型。對于大功率場合常見的風機、泵類負載而言，低速下負載較小，信噪比低，定子電阻壓降占比較大，導致電壓模型估算精度差；而在高速下負載隨轉速增加而增大，電機磁路發生飽和，電流模型估算精度也會下降。這兩種模型均有各自的轉速適用范圍，無法實現全速域下的無位置傳感器控制。
5、綜上，需要提出一種適用于全
技術實現思路
1、針對現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法及系統，旨在解決傳統電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法在動態過程中位置和轉速估算不準的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法，包括以下步驟：
3、通過采樣得到的定子電流、轉子勵磁電流和引入的有效磁鏈獲取有效磁鏈指令，所述引入的有效磁鏈為定子磁鏈和定子電流交軸感生磁鏈的差值；將采樣得到的定子電壓和定子電阻壓降相減得到電機的反電動勢，對反電動勢進行積分得到定子磁鏈的估計值，再將定子磁鏈的估計值與定子電流交軸感生磁鏈相減，得到有效磁鏈反饋；將所述有效磁鏈指令與所述有效磁鏈反饋作差，差值經pi控制后作為電壓補償項，補償到定子電壓中形成閉環；
4、將有效磁鏈指令輸入到反正切函數獲取轉子位置以進行轉速估算，實現轉速閉環控制。
5、進一步地，所述引入的有效磁鏈為：
6、
7、其中，ψs為定子磁鏈，is為定子電流，σq為q軸漏抗系數，σq為q軸漏抗系數，xq為q軸電抗，xmq為q軸同步電抗，tq為q軸阻尼繞組時間常數，s為微分算子。
8、進一步地，所述有效磁鏈指令為：
9、
10、其中，σd為d軸漏抗系數，σd為d軸漏抗系數，為，xd為d軸電抗，xmd為d軸同步電抗，if為轉子勵磁電流。
11、進一步地，所述將有效磁鏈指令輸入到反正切函數對轉子位置進行估算，得到的轉子位置的估計值為：
12、
13、其中，為有效磁鏈指令的β軸分量，為有效磁鏈指令的α軸分量。
14、進一步地，所述根據所述估算的轉子位置通過后向差分法對轉速進行估算，得到的轉速的表達式為：
15、
16、其中，為k時刻的有效磁鏈指令的α軸分量，為k時刻的有效磁鏈指令的α軸分量，ts為采樣頻率，k為當前時刻，k-1為前一時刻。
17、本專利技術還提供了一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制系統，包括：
18、閉環有效磁鏈觀測器，用于通過采樣得到的定子電流、轉子勵磁電流和引入的有效磁鏈獲取有效磁鏈指令，所述引入的有效磁鏈為定子磁鏈和定子電流交軸感生磁鏈的差值；將采樣得到的定子電壓和定子電阻壓降相減得到電機的反電動勢，對反電動勢進行積分得到定子磁鏈的估計值，再將定子磁鏈的估計值與定子電流交軸感生磁鏈相減，得到有效磁鏈反饋；將所述有效磁鏈指令與所述有效磁鏈反饋作差，差值經pi控制后作為電壓補償項，補償到定子電壓中形成閉環；
19、轉速估算模塊，用于將有效磁鏈指令輸入到反正切函數獲取轉子位置以進行轉速估算，實現轉速閉環控制。
20、通過本專利技術所構思的以上技術方案，與現有技術相比，能夠取得以下
21、有益效果：
22、(1)本專利技術提供了一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法及系統，對電勵磁同步電機進行包含阻尼繞組的完整數學模型的搭建，將常見的電壓模型和考慮了阻尼繞組的完整電流模型相結合，并引入有效磁鏈，所述引入的有效磁鏈為定子磁鏈和定子電流交軸感生磁鏈的差值，通過對定子磁鏈和有效磁鏈進行觀測，以電流模型的輸出為有效磁鏈指令，電壓模型的輸出為有效磁鏈反饋，將二者的有效磁鏈輸出差值經pi控制器作為電壓模型的補償項，從而消除電壓模型的定子電阻和積分器產生的不良影響，減小有效磁鏈的估算誤差。相較于傳統控制策略只能在穩態下估算準確，本專利技術提出的無位置傳感器控制方法能夠在電機的整個動態過程中對位置和速度進行準確跟蹤。
23、(2)本專利技術提出的位置和轉速估計方法實現起來較為簡單，只需將有效磁鏈通過反正切函數和后向差分法即可計算出轉子位置和轉速，同時這種計算方法也具有較好的計算精度。
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1.一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入的有效磁鏈為：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述有效磁鏈指令為：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將有效磁鏈指令輸入到反正切函數對轉子位置進行估算，得到的轉子位置的估計值為：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述估算的轉子位置通過后向差分法對轉速進行估算，得到的轉速的表達式為：
6.一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制系統，其特征在于，包括：
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述引入的有效磁鏈為：
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述有效磁鏈指令為：
9.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述將有效磁鏈指令輸入到反正切函數對轉子位置進行估算，得到的轉子位置的估計值為：
10.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述根據所述估算的轉子位置通過后向差分法對轉速進行估算，得到的轉速的表達式為
...【技術特征摘要】
1.一種電勵磁同步電機無位置傳感器控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述引入的有效磁鏈為：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述有效磁鏈指令為：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將有效磁鏈指令輸入到反正切函數對轉子位置進行估算，得到的轉子位置的估計值為：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述估算的轉子位置通過后向差分法對轉速進行估算，得到的轉速的表達式為：
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬心馳，劉德民，楊若琛，王智超，楊勇，王晉，周理兵，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：
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