直流母线电压对载波频率成份法无位置传感器控制的影响分析
王本振，邓堪谊，于艳君，程树康。
(1哈尔滨工业大学电气工程系，哈尔滨150001；2佛山市云雀振动器有限公司，佛山528225)
摘要：该文研究了一种基于逆变器PwM载波频率成份法的永磁同步电机无位置传感器控制策略。阐述了该控制方法的实现原理，重点分析了直流母线电压对转子位置估算的影啊，理论分析得出随着直流母线电压的下降位置估算误差增大，并进行了相关的实验研究，证明了该理论分析的正确性。
关键词：永磁同步电机；无位置传感器；载波频率成份法；直流母线电压
0 引 言
高性能的永磁同步电机控制需要准确地获知转子的位置信号，传统的方式常采用机械式位置传感器来获得，但机械式位置传感器在安装、可靠性等方面存在一定的缺陷，限制了永磁同步电机的应用场合。于是，学者们开始了永磁同步电机无位置传感器控制的研究，提出了多种估算转子位置的方。，这些方法按适用的速度范围分类，可分为适用于中高速和适用于低速及零速的方法。
本文研究了一种利用载波频率成份来提取永磁同步电机转子位置信息的无位置传感器控制方法。该方法从电机的定子电流中经过带通滤波得到载波频率成份，根据载波频率成份模型来估算出电机的转子位置，该方法运算简单、驱动系统稳定可靠。
关于载波频率成份法的研究，已有的文献关注较多的是如何从载波频率成份中提取出转子的位置信息，但对影响载波频率成份法的因素，如直流母线电压等参数的分析较少。本文在已有研究的基础上，针对直流母线电压对位置估算精度的影响进行了详细的理论分析和实验研究。
l.载波频率成份法原理
在载波频率成份法中，采用相位相差120°的三相三角载波调制方式，如图1所示。在这种调制方式下，逆变器输出的相电压、线电压和电机定子电流中均含有载波频率成份，从而可利用该载波成份实现对电机转子位置的估算。
在该载波模式下，利用Bessel理论可得α、β轴系下的载波电压表达式：
式中，VP为定子相电压峰值；ωm为基波频率；ωr。
为高频载波成份；E为直流母线电压；uac uβc为α、β轴的高频载波成份电压。
根据前面的分析，建立了基于载波频率成份法的永磁同步电机无位置传感器控制模型，系统的结构框图如图2所示。
图中，A、B相电流经过带通滤波得到A、B相电流的载波频率成份，再经坐标变换得到αβ轴系F的载波成份电流，由式(4)得到转子位置信息。
2直流母线电压对位置估算影响
对于k2进行分析，可以得到相同的误差项，故由式(7)可以得出：
(1)VP和E都是引起误差的原因，而VP的变化可以通过分析E的变化反映出来，当VP．减小时，对应E增大，冈此只需分析直流母线电压E的变化对位置估算精度的影响，就可同时反映VP和E的变化对位置估算影啊的趋势。
(2)当E减小时，△K项增大，从而引起相应的误差项增大，位置误差电相应的增大。
3实验结果
实验中，控制部分采用TI DsP2808进行无位置传感器控制的位置信息估算，带通滤波通过硬件来实现，实验巾所采用的电机的额定功率为200 w，凸极比l 4，额定转速为l 500 r／m，n。为了分析电机转子位置估算的精度，将增量式编码器得到的实际转子位置和估算得到的转子位置进行差值处理，得到位置误差曲线。图3所示是直流母线电压为24 V时电机在1 5()(]r／min时的实际和估算转子位置信息，图4所示为相应的位置误差曲线的放大图形，
，图3中，曲线l为实际位置角，曲线2为载波频率成份法估计的位置角：图4中，位置误差曲线为零上下波动的，****误差为±12°，从图3和图4可以得出：采用载波频率成份法町以准确地估算出转子的位置信号，实现永磁同步电机的无位置传感器运行：
F面通过实验研究直流母线电压对位置估算精度的影啊，在此处用标准差来衡量位置误差曲线偏离理想位置误差曲线的程度，从而反映位置误差的大小。所谓标准差是反映一组数据偏离平均值的量，其计算公式如下：
图5和图6所示分别为空载和负载时不同直流母线电压下的位置误差随转速的变化趋势罔．．从图5和图6可以看出：不论是空载还是负载，同一转速下，随着直流母线电压的下降，位置误差呈增大趋势，这与理论分析结果相一致。
而在实验中，随着直流母线电压下降，位置误差虽然增大，但可以保证永磁同步电机无位置传感器驱动系统的正常运行。
4结语
本文从理论上分析了直流母线电压对载波频率成份法无位置传感器控制的位置误差影响，并从实验上予以了验证：．通过分析得出：随着直流母线电压的下降，位置估算误差呈增大趋势，而在实际的运行过程中，当这种误差在·定的限度内并不影响电机的无位置传感器运行。因此在载波频率法的实际应用中，应根据电机的实际运行对位置精度的要求选择合适的直流母线电压。
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