本技术介绍了一种高效能的预测锁相环及永磁同步电机控制装置和方法。该技术通过积分处理等效反电动势,获取包含位置信息的目标积分信号,并整合积分纠正信号,以降低计算负担,提高控制精度。
背景技术
永磁同步电机无位置传感器驱动器具有高效、高功率密度、低成本与强鲁棒性的优点,已广泛应用于机器人、工业驱动器和家用电器等领域。永磁同步电机无位置传感器控制方法主要分为两类:高频信号注入法与基频模型法。基频模型法是基于电机基频模型设计反电动势/磁链观测器,从观测的反电动势/磁链信号中提取转子位置信息,其不依赖于电机凸极特性与辅助信号的注入,广泛应用于永磁同步电机无位置传感器驱动器的中高速运行。
目前,已有诸多学者基于扩展卡尔曼滤波器、滑模观测器、模型参考自适应观测器、龙贝格观测器与扩张状态观测器等实现电机基频信号的提取,进一步采用锁相环能够提取基频信号的相位作为转子位置信号,但传统锁相环采用PI控制器作为环路滤波器,其固定参数与固有的线性特性无法满足电机频繁变化的工况,如输入为频率斜坡信号时无法实现电机转子位置的准确追踪,进而限制传统锁相环在电机频率快速变化应用场合下的使用。
现有技术中,预测锁相环通常建立在均分扇区机制去设置位置扇区边界,然后计算与比较每个扇区边界的代价函数以获得最佳转子位置,但均分扇区机制无疑是计算负担的主要来源。基于牛顿迭代原理设计预测锁相环,虽能够通过3次牛顿迭代将初始扇区边界收敛至最佳转子位置,锁相精度达到1.26×10-8rad,但是该方案还需要4次迭代运算来获取满足局部收敛的初始位置扇区边界,因此该方案的总迭代次数达到7次。另外,还有基于自适应步长的预测锁相环,其通过设计的代价函数实时调整迭代步长与方向以加速迭代过程,能够将迭代次数进一步减少到6次,理论精度提高到5.6×10-8rad。
上述预测锁相环虽然能够在保证保持锁相精度的前提下实现预测锁相环的迭代次数,但其计算量仍是有进一步优化的空间;此外,稳态条件下预测锁相环的转速与转子位置波纹略大于传统锁相环,如何提升预测锁相环的滤波能力有待进一步研究。
实现思路