摘要：在PMsM的無位置和無速度傳感器控制驅(qū)動(dòng)方面，構(gòu)建了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)理論的狀態(tài)觀測器，同時(shí)，針對傳統(tǒng)的三相電流檢測或母線電流檢測方式中存在的不足，根據(jù)基爾霍夫定理，提出了一種更為經(jīng)濟(jì)簡潔的相電流檢測方法，應(yīng)用于PMsM矢量控制系統(tǒng)中，能準(zhǔn)確有效地估算出轉(zhuǎn)子磁鏈位置角。最后，采用TMS320c24x驗(yàn)證了檢測和控制方法的正確勝。
關(guān)鍵詞：元位置傳感器；DsP；PlⅥsM；滑模觀測器；電流檢測
中圖分類號：TM34l；TM351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1004—7{】18f2009)10一IJll37—03
0引 言
根據(jù)電機(jī)本體的差異及逆變器工作方式的不同，電子換相的永磁同步電動(dòng)機(jī)可以分為方波式直流無刷電動(dòng)機(jī)和正弦式永磁同步電動(dòng)機(jī)。無刷直流電動(dòng)機(jī)與120°導(dǎo)通型三相逆變器相匹配，可實(shí)現(xiàn)方波型驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)子位置傳感器只需要提供轉(zhuǎn)子若干關(guān)鍵位置的離散信號，因而此類電機(jī)控制簡單，但由于相繞組呈感性，電子換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流脈動(dòng)，進(jìn)而引起電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)1。正弦
式PMsM控制方式靈活，與180°導(dǎo)通型逆變器匹配，可實(shí)現(xiàn)正弦波驅(qū)動(dòng)，引入磁場定向的矢量控制控制策略可有效地削減轉(zhuǎn)矩諧波，具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但是矢量控制中需要獲取連續(xù)的、精確的轉(zhuǎn)子磁鏈位置信息。為了提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，系統(tǒng)采用無位置傳感器控制，也就是利用電機(jī)繞組中相關(guān)電信號通過適當(dāng)算法估計(jì)出轉(zhuǎn)子位置和速度，由以軟件實(shí)現(xiàn)的磁鏈觀測器取代位置傳感器。
為使?fàn)顟B(tài)觀測器中的位置觀測算法估算的位置量精確可靠，就必須對電機(jī)繞組中的電流等觀測器
輸入量有一個(gè)準(zhǔn)確性要求，因此電機(jī)繞組中電流信號的檢測方法很重要。
1 PMsM的無位置傳感器控制
Habetler提出的空間矢量調(diào)制方法在異步電機(jī)中已有廣泛的應(yīng)用，矢量控制技術(shù)同樣也適用于永
磁同步電動(dòng)機(jī)的變頻控制。PMsM一般通過檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈位置來控制定子電流或電壓，使定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢保持確定的相位關(guān)系，從而產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩。
由于PMsM轉(zhuǎn)子磁通位置與轉(zhuǎn)子機(jī)械位置是一致的，我們通過檢測轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置就可以得知
電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈位置。傳統(tǒng)PMsM控制中最常用的獲取轉(zhuǎn)子位置和速度信號的方法是在轉(zhuǎn)軸上安裝傳感器，本控制系統(tǒng)采用滑模狀態(tài)觀測器取代位置傳感器，通過適當(dāng)算法估算出轉(zhuǎn)子位置和速度。觀測器模型如圖l所示。
糾正模型，適當(dāng)?shù)剡x擇K參數(shù)和估計(jì)反電勢，能使估計(jì)電流和實(shí)測電流相吻合。電流觀測器模型可表
示為2：
在αβ靜 止坐標(biāo)系下，分別沿α和β軸分解后可表達(dá)如下
式1的離散表達(dá)式為
：  一階低通濾波器(LPF)濾波得到
系統(tǒng)中運(yùn)用TMs420F240x DsP的高速運(yùn)算能力和面向電動(dòng)機(jī)的高效控制能力來獲得轉(zhuǎn)子的位置
和速度信號，實(shí)現(xiàn)無傳感器換相和速度、電流的閉環(huán)控制。系統(tǒng)控制框圖如圖2所示3。
2電流檢測方式
在逆變電路的控制中，為了獲取所需的相電流信號，傳統(tǒng)的電流檢測裝置是直接用電流傳感器或
者采用三路電流采樣運(yùn)算電路，它們雖然有運(yùn)算簡單、控制可靠的特點(diǎn)，但是沒有經(jīng)濟(jì)性可言。為了降低成本和簡化電路，有人提出了采集直流側(cè)母線電流信號來推算交流側(cè)三相電流值，這種方法利用了在通常八個(gè)開關(guān)狀態(tài)(sa、sb、sc)中除(O，O，O)和(1，l，1)外的其他六個(gè)開關(guān)狀態(tài)下，直流母線電流信息總對應(yīng)。、6、c中某一路相電流值，這種檢測方式能簡化硬件電路，但加重了軟件處理的負(fù)擔(dān)，它需要在一個(gè)PwM周期內(nèi)檢測兩次電流信號，并且兩次檢測點(diǎn)必須分別對應(yīng)在不同的兩種開關(guān)狀態(tài)期間，因此，對AD轉(zhuǎn)換芯片的采樣和轉(zhuǎn)換速度要求很高，而且在判斷相電流時(shí)，需要先判斷所處的空間矢量區(qū)間，這樣也很難做到適時(shí)性。本文綜合上面兩種電流檢測方式的優(yōu)點(diǎn)，檢測U，、V兩相電流，再根據(jù)基爾霍夫電流定理，得到W相電流值。
UV兩相的下橋臂開關(guān)管_T4、T6的s端腳與直流地之間分別串接一個(gè)100 mΩ的采樣電阻，采樣信號Usense與Vsense分別經(jīng)運(yùn)算放大器LMV324放大lO倍后作為采樣的電流IsenseuIsensev以及過流保護(hù)電路的輸入信號IsenseUPT與IsenseVPT電流檢測電路如圖3所示。
采樣電阻R1與R2設(shè)在u、V相的下橋臂，當(dāng)下橋臂關(guān)斷時(shí)就無法采樣相電流，為了解決這個(gè)問題．在軟件設(shè)計(jì)的時(shí)候，采用下溢中斷，將電流采樣的任務(wù)安排在一個(gè)PwM周期的開始處，在比較匹配到來之前的期間，U，V兩相的上橋臂都是關(guān)斷的，也就是說下橋臂是導(dǎo)通的，這樣就可以在每個(gè)PwM周期順利采樣一次兩個(gè)相電流值。
我們只要知道uα和uβ，就可以知道輸出電壓矢量uout所在扇區(qū)，進(jìn)而知道uout所對應(yīng)的兩個(gè)主要控制矢量以及控制時(shí)間T1、T2假設(shè)輸出電壓矢量uout處于零扇區(qū)，如圖4所示， 在一個(gè)PwM周期里，u0和u60分別作用T1和T2這個(gè)扇區(qū)內(nèi)會(huì)有4種工作狀態(tài)矢量，其中u0、u60。為兩個(gè)主要工作矢量，而在一個(gè)PwM周期的起始和結(jié)尾處，插入零矢量即(000），sVPwM信號時(shí)序如圖5所示，
可看出零矢量與u0矢量時(shí)序是相鄰的，且在PwM周期開始后，在有比較匹配之前，輸出都是零矢量。
因?yàn)殡姍C(jī)繞組線圈呈感性，線圈上的相電流不能突變，因此從矢量u。轉(zhuǎn)換到零矢量后，其對應(yīng)的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖6a所示，其中二極管能起到續(xù)流作用，此時(shí)，下橋臂采樣電阻上流過的是相電流，因此在每個(gè)PwM周期前期通過下橋臂的采樣電阻檢測相電流是可行的。
 
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)硬件部分主要由整流與電子開關(guān)換向主電路，芯片供電電源，電流檢測電路，信號處理及驅(qū)動(dòng)電路，壓縮機(jī)負(fù)載等組成。
圖7為電流檢測值經(jīng)3／2坐標(biāo)變換后，在α、β兩相靜止坐標(biāo)系中與狀態(tài)觀測器估算電流的對比波形。從圖中可以看出，估算電流iα較好地追蹤著實(shí)際電流iα，其中估算電流沿著實(shí)際值上下振蕩是滑
模觀測器固有的抖振現(xiàn)象；圖8表示由位置傳感器獲得的轉(zhuǎn)子磁鏈位置實(shí)測角8與無位置傳感器算法獲得的轉(zhuǎn)子磁鏈位置估算角θ，從圖中可以看出，估算角度和實(shí)際角度相位是一致的。圖7與圖8驗(yàn)證了電流檢測電路和無位置傳感器算法的準(zhǔn)確性與可靠性。 
4. 結(jié)語
本電流檢測方法以及無傳感器算法在變頻冰箱控制系統(tǒng)上的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中，系統(tǒng)不僅具有可靠性高，響應(yīng)速度快的優(yōu)良調(diào)速性能，同時(shí) 具有運(yùn)行效率高、諧波小、噪聲低的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于綠色家電中 。
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