基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征在于：步驟包括：通過硬件采樣電路進行定子相電壓、相電流的采樣，通過矢量變換和坐標變換計算定子的反電動勢；通過步驟1中所述定子反電動勢，采用帶飽和反饋環(huán)節(jié)積分法得到定子磁鏈，從而得到定子磁鏈角度；通過計算轉子與定子之間的功角角度，即可得到轉子磁鏈角度，通過對轉子磁鏈角度求導得到轉子的角速度，從而計算得出轉子的轉速。本發(fā)明可以在減少系統(tǒng)對于測速硬件的依賴性的情況下快速估算到電機的轉速和位置，提高了機側變流器的響應速度，提升了同步電機的轉速估算方法以及全功率型變流器機側變流器的角度換算的準確性和穩(wěn)定性。
【專利說明】基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機控制【技術領域】，具體涉及基于定子反電動勢的同步電機轉速的快 速算法。
【背景技術】
[0002] 同步電機在數控機床、工業(yè)機器人等伺服控制領域中得到越來越廣泛的應用。在 永磁同步電機控制系統(tǒng)中，一般在轉子軸上安裝機械傳感器來判斷電機轉子的初始位置W 及電機轉速。然而，機械傳感器給永磁同步電機控制系統(tǒng)帶來很多問題，如轉子轉動慣量增 大，機械尺寸加大，檢測精度易受環(huán)境影響，系統(tǒng)成本提高等，因此如何去除永磁同步電機 控制系統(tǒng)中的機械傳感器，已經成為交流傳動的一個研究熱點問題。與此同時，在高性能無 速傳感器感應電機轉子磁場定向矢量控制系統(tǒng)中，對于電機轉速判斷的要求尤為嚴格，因 為大部分關于同步電機的控制算法都與電機轉速W及轉子的位置有著密不可分的關聯。
【發(fā)明內容】
[0003] 為解決現有技術中的不足，本發(fā)明提供基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速 算法，解決了機械傳感器裝置在電機轉速測量諸多問題，提高了電機轉速測量的時效性、準 確性和穩(wěn)定性。
[0004] 為了實現上述目標，本發(fā)明采用如下技術方案：一種基于定子反電動勢的同步電 機轉速的快速算法，其特征在于，包括步驟：
[0005] 步驟1，通過硬件采樣電路進行定子相電壓、相電流的采樣，通過矢量變換和坐標 變換計算定子的反電動勢；
[0006] 步驟2,通過步驟1中所述定子反電動勢，采用帶飽和反饋環(huán)節(jié)積分法得到定子磁 鏈，從而得到定子磁鏈角度；
[0007] 步驟3,通過計算轉子與定子之間的功角角度，即可得到轉子磁鏈角度，通過對轉 子磁鏈角度求導得到轉子的角速度，從而計算得出轉子的轉速。
[0008] 前述的一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征在于，所述步 驟1中，定子的反電動勢計算步驟包括：
[0009] 1)通過對定子電壓的采樣，獲得H相靜止坐標系下的定子電壓Ua、Ub、U。，通過 Clark變換得出定子電壓在兩相靜止坐標系下a和目軸的電壓分量U。、Ug :
[0010]
【權利要求】
1. 一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，通過硬件采樣電路進行定子相電壓、相電流的采樣，通過矢量變換和坐標變換 計算定子的反電動勢； 步驟2,通過步驟1中所述定子反電動勢，采用帶飽和反饋環(huán)節(jié)積分法得到定子磁鏈， 從而得到定子磁鏈角度； 步驟3,通過計算轉子與定子之間的功角角度，即可得到轉子磁鏈角度，通過對轉子磁 鏈角度求導得到轉子的角速度，從而計算得出轉子的轉速。
2. 根據權利要求1所述的一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征 在于，所述步驟1中，定子的反電動勢計算步驟包括： 1) 通過對定子電壓的采樣，獲得三相靜止坐標系下的定子電壓113、％、11。，通過(：1 &14變 換得出定子電壓在兩相靜止坐標系下a和P軸的電壓分量Ua、U0 :
式中，Ua :三相靜止坐標系下定子a相電壓；Ub :三相靜止坐標系下定子b相電壓；u。：三 相靜止坐標系下定子c相電壓；ua :兩相靜止坐標系下定子a軸電壓分量；ue :兩相靜止坐 標系下定子P軸電壓分量； 同理，通過對定子電流的采樣，獲得三相靜止坐標系下的定子電流ia、ib、i。，通過Clark 和Park變換分別得到兩相靜止坐標系下a和P軸定子電流分量ia和ie，以及兩相旋轉 坐標系下d軸和q軸定子電流分量id和iq，0是定子電流合成矢量與a軸的夾角，公式如 下：
2) 通過兩相靜止坐標系下的定子電壓和電流分量推算出兩相靜止坐標系下定子反電 動勢：
式中，emfa為兩相靜止坐標系下定子a軸反電動勢分量；emfe為兩相靜止坐標系下 定子P軸反電動勢分量；RS為定子電阻實際值；ia為兩相靜止坐標系下定子a軸電流分 量；ie為兩相靜止坐標系下定子0軸電流分量。
3. 根據權利要求1所述的一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征 是：所述步驟2中帶飽和反饋環(huán)節(jié)積分法的傳遞函數公式為：
其中，G(s)為復數域下積分系統(tǒng)輸出變量，Gl為本發(fā)明積分系統(tǒng)的傳遞函數，X(s)為 復數域下整個系統(tǒng)輸入變量，s表示復數域下的單位函數，《。表示低通濾波函數截止頻率 的角頻率，Y(S)為復數域下整個系統(tǒng)輸出變量，G2為本發(fā)明反饋系統(tǒng)的傳遞函數。
4. 根據權利要求1所述的一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征 是：所述步驟2中，通過步驟1中所述定子反電動勢，采用帶飽和反饋環(huán)節(jié)積分法得到定子 磁鏈，從而得到定子磁鏈角度，步驟包括： 1) 采用帶飽和反饋環(huán)節(jié)積分法得到兩相靜止坐標系下的定子磁鏈V a、V0在時域上 的表達式為：
2) 同時在笛卡爾坐標系下將定子磁鏈合成矢量的幅值I HO限制在
式中，Va :兩相靜止坐標系下定子a軸磁鏈分量；V0 :兩相靜止坐標系下定子@軸 磁鏈分量；V a__ :兩相靜止坐標系下定子a軸磁鏈補償分量；V :兩相靜止坐標系下 定子P軸磁鏈補償分量；0 s :定子磁鏈角度；:兩相旋轉坐標系下定子q軸電流分量；Lq : 同步電機的直軸同步電抗值分量；?是電機的轉子磁鏈。
5. 根據權利要求1所述的一種基于定子反電動勢的同步電機轉速的快速算法，其特征 是：所述步驟3中，通過計算轉子與定子之間的功角角度，即可得到轉子磁鏈角度，通過對 轉子磁鏈角度求導得到轉子的角速度，從而計算得出轉子的轉速，步驟包括： 1) 計算定子與轉子之間的攻角角度S :
Vf是電機的轉子磁鏈；iq :兩相旋轉坐標系下定子q軸電流分量；Lq :同步電機直軸同 步電抗值分量； 2) 轉子的轉速計算公式為：
式中，?表不是電機的轉子磁鏈角度；9 /表不電機轉子磁鏈角度的求導；W1?表不是 電機的轉子磁鏈角速度；:電機的轉速；f :電機轉速角頻率；p :電機的極對數。
【文檔編號】H02P21/14GK104362930SQ201410749019
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權日:2014年12月9日
【發(fā)明者】莊俊, 駱皓, 曹陽, 姚廣秀 申請人:南京國電南自新能源科技有限公司