基于離散位置信號的永磁同步電動機空間矢量控制
房森林，章躍進
（上海大學，上海200072）
摘要：分析了基于離散位置信號f永磁同步電機的空間矢量控制技術的關鍵，即在勻速、加減速情況下如何獲得準確的位置信號。應用英飛凌單片機的定時器模塊模擬計算出更多的位置信號，從而實現(xiàn)在低成本、高速運行情況f電機的卒問矢量控制。
關鍵字：矢量控制；霍爾傳感器；永磁同步電動機
中圖分類號：tm341 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018(2010)07-0051-03
o引言
永磁無刷電動機可以有兩種運行方式：無刷直流和永磁同步。無刷直流電動機的霍爾位器傳感器價格低廉，但電磁轉矩品質不夠好；永磁同步電動機轉矩波動小、控制特性良好，但需要高精度的位置傳感器。通常采用光電編碼盤、旋轉變壓器、感應同步器、線性霍爾等傳感器件，價格昂貴，安裝調(diào)試要求高，有時會影響電機位置的動態(tài)特性。因此，無位置傳感器技術引起人們的重視。但是，無位置傳感技術實現(xiàn)難度大，尚需在理論和技術加以完善。綜合考慮成本和性能等各方面因素，使用成本低、體積小的開關霍爾元件，再加些相對簡單的估算算法是一個比較好的解決方案．
本文從控制策略的角度出發(fā)，提出了一種基于簡易霍爾傳置信號實現(xiàn)電壓空間矢量控制的方法（以下簡稱混合控制策略），即利用六個離散位置信號，在不增加系統(tǒng)成本的情況下，較好地產(chǎn)生所需的正弦電壓。洋細分析了該方法的控制環(huán)節(jié)，轉子位置的估計及電壓空間矢量與轉子磁勢間的夾角的合理選擇等，并分析了在勻速、加減速下系統(tǒng)的處理方法。
1空間矢量控制基本原理
l 1磁鏈軌跡的控制
當逆變器單獨輸出基本電壓空間矢量u0時，電動機的定子磁鏈矢量ψ，矢端從a和b沿平行于uo方向移動，如圖l所示。當移動到b點時，如果改摹本電壓空間矢量為ψ。輸出，則定子磁鏈矢量ψ的矢端也相應改為從b到c的移動。依次，當全部六個非零基本電壓空間矢量分別單獨輸出后，定子磁鏈矢量ψ矢端的運動軌跡是個正六邊形。
顯然，按照這樣的供電方式只能形成正六邊形的旋轉磁場，而不是圓形旋轉磁場。為了得到圓形的旋轉磁場，可以利用六個非零的基本電壓空間矢量的線性組合來得到更多的開關狀態(tài)。在圖2中，un和u60代表相鄰的兩個基本電壓空間矢量，uout是輸出地相電壓的幅值，其旋轉角就是輸出正弦電壓的角頻率。uout可由線性時間組合來合成，按伏秒等效原理，有：
按照這種方式，在每個tpwm期間，改變相鄰基本矢量作用的時間，并保證所合成的電壓空間矢量的幅值都相等，因此，當tpw取足夠小時，電壓空間矢量的軌跡是一個近似圓形的正多邊形。
1.2t1、t2的計算
由圖2，根據(jù)三角形的正弦定理有：
由式(2)和式(3)解得
式中θ的準確性直接影響電機的運行性能。因此高性能伺服系統(tǒng)都要采用高精度的轉子位置傳感器。本文則利用低成本火兒位置傳感器實現(xiàn)永磁無刷電動機的正弦波驅動。
2位置信號估計
2.1勻速運行位置估計
利用低分辨率位置信號進行轉子位置的檢測和估計，可分為兩部分，一部分是離散的位置信號，有：
即每一個電角度周期由開關霍爾所提供的六個離散霍爾狀態(tài)，這是很容易準確實現(xiàn)的。
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