摘要：在PMsM的無位置和無速度傳感器控制驅(qū)動方面，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，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，能準確有效地估算出轉(zhuǎn)子磁鏈位置角。最后，采用TMS320c24x驗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 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7{】18f2009)10一IJll37—03
0引 言
根據(jù)電機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機可以分為方波式直流無刷電動機和正弦式永磁同步電動機。無刷直流電動機與120°導通型三相逆變器相匹配，可實現(xiàn)方波型驅(qū)動，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，因而此類電機控制簡單，但由于相繞組呈感性，電子換向時會產(chǎn)生電流脈動，進而引起電機的轉(zhuǎn)矩脈動1。正弦
式PMsM控制方式靈活，與180°導通型逆變器匹配，可實現(xiàn)正弦波驅(qū)動，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，也就是利用電機繞組中相關(guān)電信號通過適當算法估計出轉(zhuǎn)子位置和速度，由以軟件實現(xiàn)的磁鏈觀測器取代位置傳感器。
為使狀態(tài)觀測器中的位置觀測算法估算的位置量精確可靠，就必須對電機繞組中的電流等觀測器
輸入量有一個準確性要求，因此電機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
磁同步電動機的變頻控制。PMsM一般通過檢測電機轉(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)子機械位置是一致的，我們通過檢測轉(zhuǎn)子的實際位置就可以得知
電機轉(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?shù)剡x擇K參數(shù)和估計反電勢，能使估計電流和實測電流相吻合。電流觀測器模型可表
示為2：
在αβ靜 止坐標系下，分別沿α和β軸分解后可表達如下
式1的離散表達式為
：  一階低通濾波器(LPF)濾波得到
系統(tǒng)中運用TMs420F240x DsP的高速運算能力和面向電動機的高效控制能力來獲得轉(zhuǎn)子的位置
和速度信號，實現(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算電路，它們雖然有運算簡單、控制可靠的特點，但是沒有經(jīng)濟性可言。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開關(guān)狀態(tài)(sa、sb、sc)中除(O，O，O)和(1，l，1)外的其他六個開關(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擔，它需要在一個PwM周期內(nèi)檢測兩次電流信號，并且兩次檢測點必須分別對應(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，需要先判斷所處的空間矢量區(qū)間，這樣也很難做到適時性。本文綜合上面兩種電流檢測方式的優(yōu)點，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100 mΩ的采樣電阻，采樣信號Usense與Vsense分別經(jīng)運算放大器LMV324放大lO倍后作為采樣的電流IsenseuIsensev以及過流保護電路的輸入信號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，當下橋臂關(guān)斷時就無法采樣相電流，為了解決這個問題．在軟件設(shè)計的時候，采用下溢中斷，將電流采樣的任務(wù)安排在一個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通的，這樣就可以在每個PwM周期順利采樣一次兩個相電流值。
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)，進而知道uout所對應(yīng)的兩個主要控制矢量以及控制時間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PwM周期里，u0和u60分別作用T1和T2這個扇區(qū)內(nèi)會有4種工作狀態(tài)矢量，其中u0、u60。為兩個主要工作矢量，而在一個PwM周期的起始和結(jié)尾處，插入零矢量即(000），sVPwM信號時序如圖5所示，
可看出零矢量與u0矢量時序是相鄰的，且在PwM周期開始后，在有比較匹配之前，輸出都是零矢量。
因為電機繞組線圈呈感性，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，下橋臂采樣電阻上流過的是相電流，因此在每個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實驗結(jié)果
實驗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)動電路，壓縮機負載等組成。
圖7為電流檢測值經(jīng)3／2坐標變換后，在α、β兩相靜止坐標系中與狀態(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較好地追蹤著實際電流iα，其中估算電流沿著實際值上下振蕩是滑
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，估算角度和實際角度相位是一致的。圖7與圖8驗證了電流檢測電路和無位置傳感器算法的準確性與可靠性。 
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)上的實驗應(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 具有運行效率高、諧波小、噪聲低的特點，可以廣泛應(yīng)用于綠色家電中 。
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