此文主要针对低速范围下的无速度传感器控制,介绍一下相关的可用的算法。
为了在零、低速范围提取到精准的转子位置信息,高频信号注入法可以有效的解决这个问题。目前高频信号注入常见的有旋转高频电压信号注入和脉振高频信号注入。其中旋转高频注入主要用于凸极率大的内置式永磁同步电机,而脉振高频注入可应用在凸极率小或表贴式永磁同步电机。
以下先介绍脉振高频电压注入法
脉振高频电压注入法是在两相旋转坐标系中的d轴中注入一种高频率小幅值的正弦电压信号,通过产生的饱和性凸极,并利用带通滤波器和低通滤波器来提取到高频q轴电流,进一步得到转子位置信息。该信号通过iPark变换得到一种脉振的电压信号。
为了便于介绍脉振高频电压注入法的基本原理,需要建立估计转子两相旋转坐标系和实际转子两相旋转坐标系d-q的关系图,如图1所示。
在图1中,α-β轴是两相静止坐标系,是估计转子坐标系中的轴与两相静止坐标系α轴之间的夹角。是实际转子坐标系中的d轴与两相静止坐标系α轴之间的夹角,则转子两相旋转坐标系和实际转子两相旋转坐标系d-q之间的转子估计误差角为:(为了编辑方便,以下设计到公式时,将把整个公式推导工程一起写出,为便于理解,每一行文字是对每一个公式的解释)
现重写三相永磁同步电机d-q轴高频激励下电压方程:(式4-2)
因为高频电压注入信号的频率远高于电机基波运行频率,所以可将上式表达式简化为一个简单的RL电路。又因为高电流频率下电阻压降远小于电抗压降,所以高频激励的式(4-2)可最终简化为:(式4-3)
在两相同步旋转坐标系下,三相定子电感的表达式为:(式4-4)
在两相静止坐标系下,上式可转化为以下形式:(式4-5)
其中:定义平均电感和半差电感为:(式4-6)
由图1的各坐标关系以及上述公式可得估计转子旋转坐标系下高频电压与高频电流的关系为下式:(式4-7)
式中:和为估计转子旋转坐标系轴和轴高频电流分量;和为估计转子旋转坐标系轴和轴高频电压分量。
将上式改写成平均电感和半差电感的形式为:(式4-8)
脉振高频电压注入法实际上是只在估计转子旋转坐标系下的轴注入高频电压正弦信号,其表达式为:(式4-9)
式中:为高频电压幅值,为高频电压的频率。
将式(4-9)代入到式(4-8)中,可将高频电流进一步简化为:(式4-10)
从上式可以看出,若交轴电感与直轴电感不相等,即,则估计转子旋转坐标系中的轴和轴的高频电流分量幅值中包含转子估计误差角的信息。由上式可知,当转子估计误差角为零时,轴高频电流分量等于0。基于此,可通过适当的信号处理技术使轴高频电流成为转子位置信息的跟踪输入信号,即使转子估计误差角为零,以得到转子位置和转速。
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