一种压机用永磁同步电机无传感控制方法

本发明涉及电机控制，更具体地说，本发明涉及一种压机用永磁同步电机无传感控制方法。

背景技术：

1、压机通常采用永磁同步电机作为驱动装置，以提高运行效率、降低噪声及减小设备体积，现有永磁同步电机控制方式通常利用编码器、旋转变压器或霍尔传感器获取转子位置和转速信息，但位置传感器会增加压机的制造成本、装配难度及故障点，在高温、振动、油雾及电磁干扰环境下，传感器还可能出现信号漂移、失效或连接故障，影响压机稳定运行。

2、现有无传感控制方法多基于反电动势估算转子位置，但在压机启动、低速运行及负载突变时，反电动势较弱，易产生位置估算误差，导致启动失败、转矩波动、电流冲击或失步问题。

3、因此，亟需一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，本发明无需配置位置传感器，可降低压机的制造成本、装配复杂度及传感器故障风险，通过预定位、开环升速、反电动势观测和闭环平滑切换相结合，提高永磁同步电机在启动及低速阶段的位置估算可靠性，减少电流冲击、转矩波动和启动失步现象，通过根据压机负载、转速及估算误差自适应调整电流给定值和观测器参数，可提高压机在负载波动及宽转速范围内的运行稳定性、控制精度和能效，通过设置异常检测与保护控制机制，可提高压机系统的安全性和可靠性，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，包括以下步骤：

3、步骤1：采集永磁同步电机的三相电流、母线电压、电机驱动状态及压机运行状态；

4、步骤2：对采集的三相电流进行坐标变换，获得旋转坐标系下的d轴电流和q轴电流；

5、步骤3：在永磁同步电机启动阶段，采用转子预定位控制和开环升速控制，生成初始电角度和初始电角速度；

6、步骤4：在开环升速过程中，根据电机电压、电流及电机参数计算反电动势估算量，并采用反电动势观测器获得转子估算位置和转子估算速度；

7、步骤5：根据转子估算速度、反电动势估算量及位置估算误差确定无传感闭环切换条件；

8、步骤6：当满足所述无传感闭环切换条件时，将控制角度由开环电角度平滑切换至转子估算位置，并采用电流闭环控制和速度闭环控制驱动永磁同步电机；

9、步骤7：在无传感闭环运行过程中，根据压机负载变化、电机转速变化及位置估算误差，对d轴电流给定值、q轴电流给定值及观测器参数进行自适应调整；

10、步骤8：当检测到失步、电流异常、母线电压异常、转速异常或压机运行异常时，进入保护控制状态。

11、在一个优选的实施方式中，所述步骤1中的压机运行状态包括压机启停状态、目标转速、排气压力、吸气压力、环境温度、运行时间及负载等级。

12、在一个优选的实施方式中，所述转子预定位控制包括向永磁同步电机施加预设方向的d轴电流，使转子磁极对齐至预设电角度；在预定位时间达到预设时间阈值后，保持所述预设电角度或进入开环升速控制。

13、在一个优选的实施方式中，所述开环升速控制包括根据预设启动曲线生成开环电角速度和开环电角度；根据压机负载等级、母线电压及三相电流调整所述启动曲线的加速度；当q轴电流超过预设电流阈值时，降低开环升速加速度或保持当前开环电角速度。

14、在一个优选的实施方式中，所述反电动势观测器根据定子电压、电机相电流、定子电阻、d轴电感及q轴电感计算反电动势估算量，并通过锁相环对所述反电动势估算量进行相位跟踪，获得转子估算位置和转子估算速度。

15、在一个优选的实施方式中，所述无传感闭环切换条件包括转子估算速度大于预设切换速度阈值、反电动势估算量大于预设反电动势阈值、位置估算误差小于预设误差阈值，以及所述条件持续时间大于预设稳定时间阈值。

16、在一个优选的实施方式中，所述平滑切换包括按照预设过渡时间，将开环电角度与转子估算位置进行加权融合；并在所述过渡时间内逐步降低开环电角度的权重、逐步提高转子估算位置的权重，以生成控制电角度。

17、在一个优选的实施方式中，所述自适应调整包括根据压机负载变化调整q轴电流给定值，以控制电机输出转矩；根据电机转速和母线电压调整d轴电流给定值，以执行弱磁控制；根据位置估算误差和转速波动调整反电动势观测器的增益参数。

18、在一个优选的实施方式中，所述保护控制状态包括降速运行、限流运行、停机运行及故障重启；其中，当位置估算误差持续大于预设失步阈值时，停止无传感闭环控制，并重新执行转子预定位控制和开环升速控制。

19、在一个优选的实施方式中，所述电流闭环控制采用d轴电流调节器和q轴电流调节器分别生成d轴电压指令和q轴电压指令，并将所述d轴电压指令和q轴电压指令经坐标反变换及脉宽调制后输出至逆变器，以驱动永磁同步电机。

20、本发明的技术效果和优点：

21、本发明无需配置位置传感器，可降低压机的制造成本、装配复杂度及传感器故障风险，通过预定位、开环升速、反电动势观测和闭环平滑切换相结合，提高永磁同步电机在启动及低速阶段的位置估算可靠性，减少电流冲击、转矩波动和启动失步现象，通过根据压机负载、转速及估算误差自适应调整电流给定值和观测器参数，可提高压机在负载波动及宽转速范围内的运行稳定性、控制精度和能效，通过设置异常检测与保护控制机制，可提高压机系统的安全性和可靠性。

1.一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述步骤1中的压机运行状态包括压机启停状态、目标转速、排气压力、吸气压力、环境温度、运行时间及负载等级。

3.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述转子预定位控制包括向永磁同步电机施加预设方向的d轴电流，使转子磁极对齐至预设电角度；在预定位时间达到预设时间阈值后，保持所述预设电角度或进入开环升速控制。

4.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述开环升速控制包括根据预设启动曲线生成开环电角速度和开环电角度；根据压机负载等级、母线电压及三相电流调整所述启动曲线的加速度；当q轴电流超过预设电流阈值时，降低开环升速加速度或保持当前开环电角速度。

5.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述反电动势观测器根据定子电压、电机相电流、定子电阻、d轴电感及q轴电感计算反电动势估算量，并通过锁相环对所述反电动势估算量进行相位跟踪，获得转子估算位置和转子估算速度。

6.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述无传感闭环切换条件包括转子估算速度大于预设切换速度阈值、反电动势估算量大于预设反电动势阈值、位置估算误差小于预设误差阈值，以及所述条件持续时间大于预设稳定时间阈值。

7.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述平滑切换包括按照预设过渡时间，将开环电角度与转子估算位置进行加权融合；并在所述过渡时间内逐步降低开环电角度的权重、逐步提高转子估算位置的权重，以生成控制电角度。

8.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述自适应调整包括根据压机负载变化调整q轴电流给定值，以控制电机输出转矩；根据电机转速和母线电压调整d轴电流给定值，以执行弱磁控制；根据位置估算误差和转速波动调整反电动势观测器的增益参数。

9.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述保护控制状态包括降速运行、限流运行、停机运行及故障重启；其中，当位置估算误差持续大于预设失步阈值时，停止无传感闭环控制，并重新执行转子预定位控制和开环升速控制。

10.根据权利要求1所述的一种压机用永磁同步电机无传感控制方法，其特征在于：所述电流闭环控制采用d轴电流调节器和q轴电流调节器分别生成d轴电压指令和q轴电压指令，并将所述d轴电压指令和q轴电压指令经坐标反变换及脉宽调制后输出至逆变器，以驱动永磁同步电机。