一种无位置传感顺逆风启动方法与流程

本发明涉及电机驱动控制领域，尤其涉及一种无位置传感顺逆风启动方法。

背景技术：

1、永磁同步电机凭借功率密度高、运行效率高、动态响应快等优势，已在空调风机、制冷压缩机、工业传动、新能源汽车等领域得到大范围普及应用。为压缩硬件成本、减小系统安装体积并提升长期运行可靠性，越来越多的永磁同步电机驱动方案采用无位置传感器控制方式，仅通过可采集的电压、电流信号实现转子位置与转速的实时估算。在风机、大惯量负载等实际应用场景中，电机停机后往往会受外部风力驱动、负载惯性转动或系统剩余能量影响保持旋转状态，控制系统重启时电机可能处于与目标启动方向一致的顺风旋转状态，也可能处于与目标方向相反的逆风旋转状态，形成复杂的带速启动工况。当前行业内已出现多种带速启动相关技术，能够在特定工况下实现带速状态下的位置与转速识别，支撑电机完成带速重启。

2、然而，基于反电动势的观测方法在低速区间观测精度有限，容易受电机参数漂移和采样噪声干扰，难以覆盖全转速区间的启动需求。基于高频信号注入的方法控制逻辑复杂，额外注入的信号会带来附加电流谐波与电磁噪声，影响电机运行的平稳性。现有基于脉冲检测的方法大多未对电机带速状态做精细化区分，在逆风旋转状态下直接启动会产生极大的电流冲击与转矩波动，严重时甚至触发过流保护导致启动失败。低速顺风状态下电机转速接近零但未完全停转，直接启动容易出现转速不同步引发的失步问题，中高速顺风状态下初始位置与转速观测存在偏差时，启动切换过程会产生明显的转矩跳变，对负载造成机械冲击。不同旋转方向、不同转速区间下的启动特性差异较大，采用统一的启动策略难以同时兼顾不同工况下的启动平稳性与可靠性，带速启动过程中的电流冲击、转矩振荡、启动失败等问题始终难以得到有效解决。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足之处，本发明公开一种无位置传感顺逆风启动方法，应用于永磁同步电机，包括：步骤s1，向所述永磁同步电机施加连续的第一类矢量脉冲，以确定所述永磁同步电机的电流矢量位置和初始转速观测值；步骤s2，基于所述初始转速观测值确定所述永磁同步电机的初始运行状态，根据所述初始运行状态对所述永磁同步电机进行处理：在所述初始运行状态表示为所述永磁同步电机的转子逆风旋转时，对所述转子执行制动后启动所述永磁同步电机；在所述初始运行状态表示为所述永磁同步电机的转子顺风旋转时，转向所述步骤s3：步骤s3，基于所述初始转速观测值处理得到初始电流幅值，基于所述初始电流幅值进行判断：若所述永磁同步电机的转子的转速处于第一旋转状态，等待所述永磁同步电机的负载自然停转后启动所述永磁同步电机；若所述永磁同步电机的转子的转速处于第二旋转状态，则转向步骤s4：步骤s4，向所述永磁同步电机施加连续的第二类矢量脉冲，以更新电流矢量位置和转速观测值，基于更新后的电流矢量位置确定所述转子的标定初始位置，基于更新后的转速观测值确定所述转子的标定初始转速，依据所述标定初始位置和所述标定初始转速启动所述永磁同步电机；所述转子处于所述第一旋转状态下的转速低于所述转子处于所述第二旋转状态下的转速；所述第一类矢量脉冲的脉冲持续时间固定；所述第二类矢量脉冲的脉冲持续时间基于当前的电流矢量位置和当前的电流幅值确定。

2、优选的，所述第一类矢量脉冲包括第一脉冲和第二脉冲；所述电流矢量位置包括第一电流矢量位置和第二电流矢量位置；所述步骤s1包括：步骤s11，向所述永磁同步电机施加所述第一脉冲，获取所述永磁同步电机的第一定子电流信号；步骤s12，基于克拉克变换处理所述第一定子电流信号得到第一轴分量和第一轴分量，根据所述第一轴分量和所述第一轴分量确定所述第一电流矢量位置；步骤s13，向所述永磁同步电机施加所述第二脉冲，获取所述永磁同步电机的第二定子电流信号；步骤s14，基于克拉克变换处理所述第二定子电流信号得到第二轴分量和第二轴分量，根据所述第二轴分量和所述第二轴分量确定所述第二电流矢量位置；步骤s15，根据所述第一电流矢量位置、所述第二电流矢量位置和所述第一脉冲与所述第二脉冲之间的脉冲间隔处理得到所述初始转速观测值。

3、优选的，采用下列公式计算得到所述初始转速观测值：

4、

5、其中，

6、为所述初始转速观测值；

7、为所述第二电流矢量位置；

8、为所述第一电流矢量位置；

9、为所述第一脉冲与所述第二脉冲之间的脉冲间隔。

10、优选的，所述步骤s3包括：步骤s31，根据所述初始转速观测值、预设的电机磁链常数、所述第一类矢量脉冲的脉冲持续时间和所述永磁同步电机的q轴电感处理得到对应的所述初始电流幅值；步骤s32，基于预设的电机额定转速确定所述永磁同步电机的中高速临界转速，根据所述电机磁链常数、所述第一类矢量脉冲的脉冲持续时间、所述q轴电感和所述中高速临界转速确定临界电流幅值；步骤s33，判断所述初始电流幅值是否小于所述临界电流幅值：若是，则所述初始运行状态表示为所述永磁同步电机的转子处于所述第一旋转状态，等待所述永磁同步电机的负载自然停转后启动所述永磁同步电机；若否，则所述初始运行状态表示为所述永磁同步电机的转子处于所述第二旋转状态。

11、优选的，在所述初始运行状态表示为所述永磁同步电机的转子逆风旋转时，采用逆变器向所述永磁同步电机持续输出用于降低所述转速观测值的制动信号，直至所述转子当前的所述转速观测值小于预设的安全转速阈值后停止输出所述制动信号，随后启动所述永磁同步电机。

12、优选的，所述第一类矢量脉冲包括第一脉冲和第二脉冲；所述第二类矢量脉冲包括第三脉冲和第四脉冲；所述电流矢量位置包括对应于所述第一脉冲的第一电流矢量位置、对应于所述第二脉冲的第二电流矢量位置、对应于所述第三脉冲的第三电流矢量位置和对应于所述第四脉冲的第四电流矢量位置；所述转速观测值包括第二转速观测值和第三转速观测值；所述步骤s4包括：步骤s41，向所述永磁同步电机施加所述第三脉冲，根据所述第三脉冲确定所述第三电流矢量位置；步骤s42，根据所述第二电流矢量位置、所述第三电流矢量位置和所述第二脉冲与所述第三脉冲之间的脉冲间隔处理得到所述第二转速观测值；步骤s43，向所述永磁同步电机施加所述第四脉冲，根据所述第四脉冲确定所述第四电流矢量位置；步骤s44，根据所述第三电流矢量位置、所述第四电流矢量位置和所述第三脉冲与所述第四脉冲之间的脉冲间隔处理得到所述第三转速观测值；步骤s45，分别确定对应于所述第一电流矢量位置的第一位置观测值、对应于所述第二电流矢量位置的第二位置观测值、对应于所述第三电流矢量位置的第三位置观测值和对应于所述第四电流矢量位置的第四位置观测值，将所述第一位置观测值、所述第二位置观测值、所述第三位置观测值和所述第四位置观测值进行拟合，得到所述位置曲线；以及基于所述第二转速观测值和所述第三转速观测值进行拟合，得到所述转速曲线；步骤s46，根据所述位置曲线和预设的标定时刻确定所述标定初始位置，根据所述转速曲线和所述标定时刻确定所述标定初始转速，依据所述标定初始位置和所述标定初始转速启动所述永磁同步电机。

13、优选的，采用下列步骤确定所述第二类矢量脉冲的脉冲持续时间；步骤b1，向所述永磁同步电机持续施加所述第二类矢量脉冲，在每个预设的采样间隔内采集对应的所述电流矢量位置，直至采集预设次数的所述电流矢量位置后，转向步骤b2；步骤b2，对当前所有所述电流矢量位置进行拟合，得到第一拟合曲线，以及对去除最后一次采样的所述电流矢量位置的所有所述电流矢量位置进行拟合，得到第二拟合曲线；步骤b3，根据所述第一拟合曲线确定第一零点位置，根据所述第二拟合曲线确定第二零点位置；步骤b4，根据最后两次采样的所述电流矢量位置和所述采样间隔确定当前的转速观测值，根据对应的转速观测值处理得到当前的电流幅值，判断当前的电流幅值是否大于预设的最大电流幅值：若是，则停止施加所述第二类矢量脉冲，采用当前的所述第一零点位置作为对应的所述第二类矢量脉冲的所述电流矢量位置；若否，则转向步骤b5；步骤b5，判断所述第一零点位置和所述第二零点位置之差是否不大于预设的临界允许值：若是，则停止施加所述第二类矢量脉冲，采用当前的所述第一零点位置作为对应的所述第二类矢量脉冲的所述电流矢量位置；若否，则执行下一次采样，随后返回所述步骤b2。

14、优选的，采用下列公式计算得到所述电流幅值：

15、

16、其中，

17、为所述电流幅值；

18、为所述电机磁链常数；

19、为所述脉冲注入宽度；

20、为当前的转速观测值；

21、为所述q轴电感。

22、优选的，在确定所述标定初始位置和所述标定初始转速后，执行下列步骤：步骤c1，采用所述标定初始位置和所述标定初始转速建立同步旋转坐标系，根据所述同步旋转坐标系对所述永磁同步电机进行开环控制；步骤c2，采用滑模观测器在每个预设的输出周期输出所述永磁同步电机的预测位置和预测转速，并判断是否同时满足：所述预测位置和所述标定初始位置之差不大于预设的位置误差阈值，且所述预测转速和所述标定初始转速之差不大于预设的转速误差阈值：若是，则采用所述滑模观测器输出的所述预测位置和所述预测转速对所述永磁同步电机进行闭环控制；若否，则等待下一个所述输出周期以进行下一轮判断。

23、采用本发明能够得到如下有益效果：通过向永磁同步电机施加连续矢量脉冲确定电流矢量位置与转速观测值，基于转速观测值处理得到电流幅值并判断电机初始运行状态，针对逆风旋转、顺风低速旋转、顺风中高速旋转三种不同初始状态匹配对应的启动处理方式，在顺风中高速状态下更新位置与转速观测数据，拟合得到标定初始位置与标定初始转速后完成启动，解决了现有带速启动方案无法适配不同旋转方向与转速区间工况、易产生电流冲击与转矩振荡、启动可靠性不足的问题，有效降低顺逆风启动过程中的电流冲击与机械转矩波动，提升带速启动过程的运行平稳性，拓宽无位置传感器控制的适用工况范围，提高复杂带速工况下的启动成功率与长期运行可靠性。