【導讀】在僅有單母線電流傳感器的情況下，實現(xiàn)永磁同步電機的零低速高頻方波注入、中高速模型參考自適應位置觀測器、零低速與中高速之間的平滑切換、中高速下帶速重投等功能，最終取得了全速范圍高動態(tài)性能、高穩(wěn)態(tài)精度無位置傳感器控制，實驗結果表明所提策略的有效性。
作品選用GD32F407VGT6單片機作為主控芯片，將永磁同步電機的無感控制技術與單電流傳感器控制技術兩個研究熱點相結合，利用單母線電流傳感器實現(xiàn)永磁同步電機全速范圍無位置傳感器控制，主要創(chuàng)新點有：
1）提出一種準邊沿對齊脈寬調(diào)制技術和單母線電流分時采樣誤差補償方法，提高了單母線電流傳感器電流檢測精度；
2）提出單母線電流采樣下的基準邊沿對齊脈寬調(diào)制技術的全速無位置傳感器控制策略，零低速采用高頻方波注入位置估計，并結合模型參考自適應觀測器，實現(xiàn)了高動態(tài)性能、高穩(wěn)態(tài)精度的全速范圍無位置傳感器控制；
3）提出一種單母線電流采樣下的動態(tài)零矢量注入初始位置估計方法，可以實現(xiàn)表貼式/內(nèi)嵌式兩類永磁同步電機的初始位置和轉速估計，在電機具有大初始速度情況下可以快速切入閉環(huán)運行（簡稱帶速重投），為大慣量系統(tǒng)的安全可靠運行提供了保障。
作品以國產(chǎn)MCU為核心，配合成熟的硬件方案和完善的軟件算法，解決了永磁同步電機在單母線電流傳感器拓撲驅(qū)動下零低速和中高速范圍內(nèi)無位置傳感器控制問題，實驗效果優(yōu)異，對于提高永磁同步電機在風機、水泵、電動工具等應用領域具有積極意義。
算法簡介
準邊沿對齊脈寬調(diào)制及單母線電流分時采樣誤差補償
QEAPWM方法核心思想是將三相PWM導通時刻移到一個邊沿，并重新分布零矢量。QEAPWM的有效矢量計算與分布，零矢量的插入，PWM邊沿移相，分別如圖1 (a)、(b)、(c)所示，將三相PWM波形移至PWM周期的左側，生成QEAPWM。
在額定負載情況下測試，本作品使用的QEAPWM性能在各方面都非常接近基于SVPWM的常規(guī)方法。通過電機的電壓方程與采樣矢量dq軸電壓方程udq_s得到采樣矢量作用時的_dq_軸電流增量進行反Park和反Clarke變換，即可得到ABC坐標系的電流增量，完成三相電流的補償。
單母線電流采樣下的基于QEAPWM的全速無位置傳感器控制
提出一種方波高頻注入+MRAS觀測器相結合的永磁同步電機全速無位置傳感器控制策略，其控制框圖如圖4所示。
當轉速小于時，角度與轉速信息均由高頻注入法獲得；當轉速大于時，角度與轉速信息均由觀測器法獲得；當轉速處于過渡區(qū)間時，角度與轉速信息采用如圖5(b)所示的線性加權方式獲得。
如圖6所示對全速域無感進行測試，在空載情況下，實現(xiàn)高動態(tài)響應轉速閉環(huán)控制。在帶載情況下，驅(qū)動器的角度估計精度基本無變化。
單母線電流采樣下的動態(tài)零矢量注入帶速重投方法
AZVVI通過注入合成矢量等效為零矢量的六有效矢量，通過有效矢量激勵下的電流紋波采樣，實現(xiàn)轉子初始位置和初始速度的估計與快速帶速重投。圖7所示為注入六個電壓矢量。圖8為PLL的框圖。
圖9展示是否采用帶速重投策略投切的對比實驗圖，由于沒有正確估計電機轉子位置與轉速，直接重投沖擊電流較大，很有可能造成驅(qū)動器的損壞。使用AZVVI法后重新切入，驅(qū)動器順利重投而無沖擊電流。
作品總結
本作品設計了基于國產(chǎn)GD32F407VET6主控芯片的永磁同步電機控制器，并提出一系列創(chuàng)新的電機控制算法。
在僅有單母線電流傳感器的情況下，實現(xiàn)永磁同步電機的零低速高頻方波注入、中高速模型參考自適應位置觀測器、零低速與中高速之間的平滑切換、中高速下帶速重投等功能，最終取得了全速范圍高動態(tài)性能、高穩(wěn)態(tài)精度無位置傳感器控制，實驗結果表明所提策略的有效性。
所設計控制器性能優(yōu)越、成本低、可靠性高，對提升永磁同步電機在工業(yè)驅(qū)動、航空航天、汽車電子、家用電器等領域的應用，具有重要的應用價值。
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