本技术公开了一种基于磁感凸极性的FSPM电机无位置传感器控制方法,由于磁场调制效应带来的等效磁阻凸极性小,FSPM电机的凸极率L<subgt;q</subgt;/L<subgt;d</subgt;低,阻碍了依赖磁阻凸极性的无位置传感器控制。本发明通过在FSPM电机的定子中增加短路线圈,引入了一种新的磁感凸极性,即d轴磁感和q轴磁感不相等。因此,FSPM电机的凸极率得以增大。此外,多凸极性的问题同样恶化了FSPM电机位置角的估计性能,对无位置传感器控制产生负面影响,特别是当电机凸极率较低时。应用基于带频率锁相环的二阶广义积分器的位置观测器来解决这个问题,通过将估计的速度和位置角反馈到FSPM电机的矢量控制系统中实现无位置传感器控制。
背景技术
近年来,FSPM电机因其高效率、高转矩密度、以及鲁棒性的定子和转子结构,有望在电动汽车、风力发电等领域代替传统的永磁同步电机。与传统的永磁同步电机一样,FSPM电机的高性能运行也需要高精度的位置传感器。但是,位置传感器会增加成本并降低控制系统的鲁棒性。因此,无位置传感器控制技术作为一种行之有效的解决办法,受到国内外学者的广泛探讨与研究。
考虑到FSPM电机在数学模型方面与传统的永磁同步电机具有相似性,故而诸多针对永磁同步电机的研究成果可供参考借鉴。通常,无位置传感器控制可各自划分为基于模型的方法与基于凸极性的方法。此类基于模型的方法,涵盖滑模观测器、扰动观测器以及扩展卡尔曼滤波器等,它们是从电机的反电动势或磁链当中获取转子位置信息。不过,在低速区域,反电动势和磁链的信噪比偏低,这些基于观测器的无位置传感器控制方法可能会失效。基于凸极性的方法主要利用了电机的直轴和交轴间电感的差异,根据注入信号的类型,这些基于凸极性的方法可分为旋转高频信号注入和脉振高频信号注入。通常来说,由于旋转高频注入法是将高频信号注入到静止坐标系中,所以旋转高频注入法的稳定性相较于脉振高频注入法更好。然而,相较于脉振高频信号注入法,旋转高频信号注入对诸如相电阻、涡流等效电阻以及逆变器非线性等阻性扰动更为敏感,故而脉振高频信号注入法的位置估计精度更为出色。
FSPM电机的转子与定子均为凸极结构,从直观上而言,FSPM电机的直轴和交轴的磁阻理应较大,从而具有高的凸极率( L
q
/ L
d
)。但是, L
d
和 L
q
之间的数值一般相差不大。这一点已有相关研究工作借助磁场调制理论予以解释。低凸极率阻碍了基于凸极性的无位置传感器方法在FSPM电机上的实施。此外,由于磁饱和及其本体结构,FSPM电机中可能存在多重凸极性问题,即 L
q
/ L
d
随转子位置而变化。
实现思路