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专利名称：一种高速电机无传感器快速起动方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210811608.7

专利申请（专利权）人：江苏开云优惠体育网页版入口大学
权利人地址：江苏省镇江市丹徒区长晖路666号

专利发明（设计）人：庄肖波,魏海峰,许为强,陈椒娇

专利摘要：本发明公开了一种高速电机无传感器快速起动方法，采用两种观测器、两种切换速度的相互配合，在有驱动信号的时候采用第一观测器估算风机转速，判断启动前有没有初速度，以确定采用哪一种启动方式，实现不同情况下的快速启动。本发明充分考虑了第一观测器和第二观测器的切换时衔接问题，将第一观测器的数值直接赋给第二观测器，使得第二观测器能够快速收敛，平滑切换。

主权利要求：
1.一种高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述高速电机运用于风机中，包括如下步骤：步骤1：预设起动时的交轴电流初始给定值、交轴电流目标给定值、第一切换转速、第二切换转速，预设速度环的目标转速，其中，第一切换转速为第一观测器能够准确估算到电机转子位置时的最低转速；
步骤2：使用第一观测器获得当前电机转速和转子位置，第一观测器以电机的本体参数、三相反电势电压对电机转速和转子位置进行估算；
步骤3：当当前电机转速大于零，当前电机转速大于第一切换转速且时，则将第一观测器获得的当前电机转速和转子位置作为第二观测器的输入，以第二观测器继续观测电机转速和转子位置；
当当前电机转速大于零，且当前电机转速小于第一切换转速时，则使电机的转速降为零；
步骤4：使用第二观测器，用交轴电流初始给定值，以直轴电流的目标值为零来起动电机，每隔一个控制周期，将交轴电流给定值以固定增量增加到交轴电流目标给定值，其中，第二观测器以电机的本体参数、三相反电势电压、直轴电流、交轴电流对电机转速和转子位置进行估算；
步骤5：当前电机转速大于等于第二切换转速时，则电机转入速度环、电流环双闭环运行。
2.如权利要求1所述的高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述交轴电流目标给定值小于电机驱动器中电力电子器件的最大承受电流。
3.如权利要求1所述的高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述步骤3中，使用先电子刹车使电机的转速降为零。
4.如权利要求1所述的高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述步骤3中，当电机转动方向与第一切换转速的方向相反时，认定为电机转速小于第一切换转速。
5.如权利要求1所述的高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述步骤4中的一个所述控制周期等于驱动电机运转的逆变器的PWM载波周期。
6.如权利要求1所述的高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述步骤4中在交轴电流给定值以固定增量增加到所述交轴电流目标给定值过程中，当电机转速大于等于第二转速时，则直接进入步骤5。
7.如权利要求1所述的高速电机无传感器快速起动方法，其特征在于，所述步骤5中当转入速度环、电流环双闭环运行时，目标转速和电机转速做差再经过PI运算得到交轴给定电流；根据目标转速、电机转速经过自动弱磁算法得到直轴给定电流。 说明书 : 一种高速电机无传感器快速起动方法技术领域[0001] 本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种高速电机无传感器快速起动方法。背景技术[0002] 高速电机以高速永磁同步电机为载体，在家电、汽车、工业领域有着广泛的应用。[0003] 高速电机已经有十几万机械转速，且普遍采用无传感器控制，起动时间的长短一直是评价控制算法优劣的重要指标。传统无传感器零速度起动控制方法是采用三段式起动方法，即预定位、开环拖动、闭环运行，其中、开环拖动的有V?F、I?F两种方法；两种方法都是采用给定角度，而不是实际估算角度；且在闭环运行才使用实际估算角度。传统方法由于需要预定位和开环拖动，导致起动时间很难缩短且电机初始位置的不同导致预定位的时间也不一致。[0004] 本发明采用双观测器的控制方法，摆脱传统起动方法的局限，缩短起动时间。发明内容[0005] 本发明提供了一种高速电机无传感器快速起动方法，以解决现有技术在无传感器三段式起动的过程复杂，时间长的问题。[0006] 本发明提供了一种高速电机无传感器快速起动方法，所述高速电机运用于风机中，包括如下步骤：[0007] 步骤1：预设起动时的交轴电流初始给定值、交轴电流目标给定值、第一切换转速、第二切换转速，预设速度环的目标转速；[0008] 步骤2：使用第一观测器获得当前电机转速和转子位置；[0009] 步骤3：当当前电机转速大于零，当前电机转速大于第一切换转速且时，则将第一观测器获得的当前电机转速和转子位置作为第二观测器的输入，以第二观测器继续观测电机转速和转子位置；[0010] 当当前电机转速大于零，且当前电机转速小于第一切换转速时，则使电机的转速降为零；[0011] 步骤4：使用第二观测器，用交轴电流初始给定值，以直轴电流的目标值为零来起动电机，每隔一个控制周期，将交轴电流给定值以固定增量增加到交轴电流目标给定值；[0012] 步骤5：当前电机转速大于等于第二切换转速时，则电机转入速度环、电流环双闭环运行。[0013] 进一步地，所述第一观测器以电机的本体参数、三相反电势电压对电机转速和转子位置进行估算。[0014] 进一步地，所述第二观测器以电机的本体参数、三相反电势电压、直轴电流、交轴电流对电机转速和转子位置进行估算。[0015] 进一步地，所述第一切换转速为第一观测器能够准确估算到电机转子位置时的最低转速。[0016] 进一步地，所述交轴电流目标给定值小于电机驱动器中电力电子器件的最大承受电流。[0017] 进一步地，所述步骤3中，使用先电子刹车使电机的转速降为零。[0018] 进一步地，所述步骤3中，当电机转动方向与第一切换转速的方向相反时，认定为电机转速小于第一切换转速。[0019] 进一步地，所述步骤4中的一个所述控制周期等于驱动电机运转的逆变器的PWM载波周期。[0020] 进一步地，所述步骤4中在交轴电流给定值以固定增量增加到所述交轴电流目标给定值过程中，当电机转速大于等于第二转速时，则直接进入步骤5。[0021] 进一步地，所述步骤5中当转入速度环、电流环双闭环运行时，目标转速和电机转速做差再经过PI运算得到交轴给定电流；根据目标转速、电机转速经过自动弱磁算法得到直轴给定电流。[0022] 本发明的有益效果：[0023] 1、采用两种观测器、两种切换速度的相互配合，在有驱动信号的时候采用第一观测器估算电机转速，判断启动前有没有初速度，以确定采用哪一种启动方式，实现不同情况下的快速启动；[0024] 2、在电机处于静止状态启动时，仅采用单电流环控制，可以快速实现电机转速的提升；[0025] 3、本发明充分考虑了第一观测器和第二观测器的切换时衔接问题，将第一观测器的数值直接赋给第二观测器，使得第二观测器能够快速收敛，平滑切换。附图说明[0026] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：[0027] 图1为本发明中具体实施例的流程图；[0028] 图2为本发明在具体实施例中的单电流环控制的示意图；[0029] 图3为本发明在具体实施例中的电流环、速度环双闭环控制的示意图；[0030] 图4为分大名在具体实施例电机中一相相电流的波形。具体实施方式[0031] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0032] 本发明实施例提供一种高速电机无传感器快速起动方法，该高速电机可以运用在高速风机中，如图1所示，包括如下步骤：[0033] 步骤S1：预设起动时的交轴电流初始给定值、交轴电流目标给定值、第一切换转速、第二切换转速，预设速度环的目标转速；[0034] 其中，第一切换转速为第一观测器能够准确估算到电机转子位置时的最低转速；交轴电流目标给定值小于电机驱动器中电力电子器件的最大承受电流；[0035] 步骤S2：使用第一观测器以电机的本体参数、三相反电势电压对电机转速和转子位置进行估算；[0036] 步骤S3：当当前电机转速大于零，当前电机转速大于第一切换转速且时，则将第一观测器获得的当前电机转速和转子位置作为第二观测器的输入，以第二观测器继续观测电机转速和转子位置，第二观测器以电机的本体参数、三相反电势电压、直轴电流、交轴电流对电机转速和转子位置进行估算；[0037] 当当前电机转速大于零，且当前电机转速小于第一切换转速时，则使用先电子刹车使机的转速降为零；同时当电机转动方向与第一切换转速的方向相反时，认定为电机转速小于第一切换转速；[0038] 步骤S4：使用第二观测器，如图2所示，用交轴电流初始给定值，并以直轴电流的目标值为零来起动电机，每隔一个控制周期，将交轴电流给定值以固定增量增加到交轴电流目标给定值，在交轴电流给定值以固定增量增加到交轴电流目标给定值过程中，当电机转速大于等于第二转速时，则直接进入步骤5；其中，一个控制周期等于驱动电机运转的逆变器的PWM载波周期；[0039] 步骤S5：当前电机转速大于等于第二切换转速时，则电机转入速度环、电流环双闭环运行，如图3所示，当转入速度环、电流环双闭环运行时，目标转速和电机转速做差再经过PI运算得到交轴给定电流；根据目标转速、电机转速经过自动弱磁算法得到直轴给定电流。[0040] 以下以实际例子对本发明方法进行实际说明：[0041] 实施例：选择电机的永磁磁链为0.005wb，最高转速对应的电频率为3000Hz。如果反电势采集电路的分压比为1:10，那么能够从采集反电势相电压中解析到转速信息，采集到的反电势相电压峰值的分压值至少为0.1V，对应转速的电频率为：[0042][0043] 如果电机的极对数为2对极，那么第一切换转速n为：[0044][0045] 其中，fmin为反电势采集电路能够获取到有效最小相电压峰值对应的最低电频率；p为电机的极对数。[0046] 所以如上实例，第一切换转速的选取取决于反电势采集电路能够采样到的、有效的最小相电压峰值，结合最小相电压峰值和电机的永磁磁链可以计算出最低电频率，最后由最低电频率和电机极对数算出第一切换转速。[0047] 如果预设的目标转速为80000r/min，那么第二切换转速可定为80000×80％＝640000r/min，其中，80％的选择方法为首先保证电流环控制时速度快速提升的需求，同时避免速度环电流环双闭环时由于速度超调导致调节时间过长。[0048] 如图4所示起动时电机一相相电流波形，ΔT过程中，已检测电机的初始转速为0，那么使用第二观测器，以交轴电流初始给定值、直轴电流为零起动电机，每隔一个控制周期，交轴电流给定值并以固定增量增加到交轴电流目标给定值；[0049] 在T1时刻时，到达第二切换转速，转入速度环、电流环双闭环运行。[0050] 虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

专利地区：江苏

专利申请日期：2022-07-11

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115313954B