此文主要針對低速范圍下的無速度傳感器控制,介紹一下相關(guān)的可用的算法。
為了在零、低速范圍提取到精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子位置信息,高頻信號注入法可以有效的解決這個問題。目前高頻信號注入常見的有旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號注入和脈振高頻信號注入。其中旋轉(zhuǎn)高頻注入主要用于凸極率大的內(nèi)置式永磁同步電機,而脈振高頻注入可應(yīng)用在凸極率小或表貼式永磁同步電機。
以下先介紹脈振高頻電壓注入法
脈振高頻電壓注入法是在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的d軸中注入一種高頻率小幅值的正弦電壓信號,通過產(chǎn)生的飽和性凸極,并利用帶通濾波器和低通濾波器來提取到高頻q軸電流,進一步得到轉(zhuǎn)子位置信息。該信號通過iPark變換得到一種脈振的電壓信號。
為了便于介紹脈振高頻電壓注入法的基本原理,需要建立估計轉(zhuǎn)子兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和實際轉(zhuǎn)子兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q的關(guān)系圖,如圖1所示。
在圖1中,α-β軸是兩相靜止坐標(biāo)系,是估計轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的軸與兩相靜止坐標(biāo)系α軸之間的夾角。是實際轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的d軸與兩相靜止坐標(biāo)系α軸之間的夾角,則轉(zhuǎn)子兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和實際轉(zhuǎn)子兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q之間的轉(zhuǎn)子估計誤差角為:(為了編輯方便,以下設(shè)計到公式時,將把整個公式推導(dǎo)工程一起寫出,為便于理解,每一行文字是對每一個公式的解釋)
現(xiàn)重寫三相永磁同步電機d-q軸高頻激勵下電壓方程:(式4-2)
因為高頻電壓注入信號的頻率遠高于電機基波運行頻率,所以可將上式表達式簡化為一個簡單的RL電路。又因為高電流頻率下電阻壓降遠小于電抗壓降,所以高頻激勵的式(4-2)可最終簡化為:(式4-3)
在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下,三相定子電感的表達式為:(式4-4)
在兩相靜止坐標(biāo)系下,上式可轉(zhuǎn)化為以下形式:(式4-5)
其中:定義平均電感和半差電感為:(式4-6)
由圖1的各坐標(biāo)關(guān)系以及上述公式可得估計轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下高頻電壓與高頻電流的關(guān)系為下式:(式4-7)
式中:和為估計轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸和軸高頻電流分量;和為估計轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系軸和軸高頻電壓分量。
將上式改寫成平均電感和半差電感的形式為:(式4-8)
脈振高頻電壓注入法實際上是只在估計轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的軸注入高頻電壓正弦信號,其表達式為:(式4-9)
式中:為高頻電壓幅值,為高頻電壓的頻率。
將式(4-9)代入到式(4-8)中,可將高頻電流進一步簡化為:(式4-10)
從上式可以看出,若交軸電感與直軸電感不相等,即,則估計轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的軸和軸的高頻電流分量幅值中包含轉(zhuǎn)子估計誤差角的信息。由上式可知,當(dāng)轉(zhuǎn)子估計誤差角為零時,軸高頻電流分量等于0?;诖?,可通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚砑夹g(shù)使軸高頻電流成為轉(zhuǎn)子位置信息的跟蹤輸入信號,即使轉(zhuǎn)子估計誤差角為零,以得到轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速。
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