基于PE-PRO／V850IA4的變頻空調(diào)無(wú)傳感器過(guò)調(diào)制技術(shù)開發(fā)

0 引言
    近年來(lái)，在空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)中開始逐步使用控制性能更加優(yōu)越的永磁同步電機(jī)，以取代無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種永磁同步電機(jī)處于高溫密封的壓縮機(jī)中，且充滿強(qiáng)腐蝕性的高壓制冷劑，無(wú)法安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，因此，必須采用無(wú)傳感器控制方法。另一方面，空調(diào)大多運(yùn)行在中高速區(qū)。在壓縮機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，由于電機(jī)的運(yùn)行范圍和帶負(fù)載能力直接取決于逆變器輸出電壓的范圍和品質(zhì)。因此為了提高電機(jī)的性能，獲得最大的輸出電磁轉(zhuǎn)矩，必須盡可能地提高逆變器的電壓利用率。為了充分利用直流母線電壓實(shí)現(xiàn)最大的輸出電壓，必須在逆變器控制中采用過(guò)調(diào)制技術(shù)，其上限情況即是六階梯波工況(電壓利用率0．78)。
    本文根據(jù)永磁同步電機(jī)一壓縮機(jī)系統(tǒng)在高速區(qū)運(yùn)行時(shí)的要求和特點(diǎn)，介紹了無(wú)傳感器過(guò)調(diào)制技術(shù)的基本原理，即單模式過(guò)調(diào)制算法和MRAS轉(zhuǎn)速辨識(shí)算法，并將該方法應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的高速運(yùn)行控制中，并在MyWay開發(fā)系統(tǒng)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 控制策略
    (1)單模式過(guò)調(diào)制算法
    本文采用了SVPWM線性調(diào)制和文獻(xiàn)[2]提出的單模式過(guò)調(diào)制兩種策略。其中單模式過(guò)調(diào)制技術(shù)的基本原理如下：以空間矢量六邊形的第1扇區(qū)為例對(duì)這種單模式過(guò)調(diào)制算法進(jìn)行說(shuō)明，如圖1所示。設(shè)參考電壓矢量ur的幅值和相位角分別為|ur|和θr。當(dāng)|ur|小于六邊形內(nèi)切圓半徑時(shí)，逆變器處于SVPWM線性調(diào)制區(qū)；隨著|ur|的進(jìn)一步增長(zhǎng)，系統(tǒng)進(jìn)入過(guò)調(diào)制區(qū)，此時(shí)需對(duì)參考電壓矢量ur進(jìn)行調(diào)整，使調(diào)整后逆變器輸出的實(shí)際電壓矢量落于六邊形內(nèi)。調(diào)整參考矢量的方法：將矢量的弧形軌跡等比例映射到六邊形內(nèi)的弧線部分(如圖1中黑粗線所示)。當(dāng)|ur|等于六邊形外接圓半徑時(shí)，逆變器進(jìn)入六階梯波工作狀態(tài)，相應(yīng)地電壓利用率也達(dá)到理論上的最大值0．78。

    (2)MRAS轉(zhuǎn)速辨識(shí)算法
    本文采用了文獻(xiàn)[3]提出的一種基于MRAS的電機(jī)矮速／位置辨識(shí)算法，選取永磁同步電機(jī)本身作為參考模型，永磁同步電機(jī)的電流方程作為可調(diào)模型。整個(gè)辨識(shí)算法的運(yùn)算框圖如圖2所示。

2 PE-PRO／V850IA4實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)
    本實(shí)驗(yàn)是在Myway公司研制的電機(jī)控制開發(fā)系統(tǒng)PE-PRO／V850IA4上實(shí)現(xiàn)的。該開發(fā)系統(tǒng)由控制板PE-PRO／V850IA4與綜合開發(fā)環(huán)境PE-VIEW8以及電力電子用PEOS構(gòu)成。圖3所示為PE-PRO／V850IA4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)系統(tǒng)按照功能可分為三個(gè)部分：主回路單元、DSP控制單元和微機(jī)編輯與顯示單元。

    主回路實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)的檢測(cè)、開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)以及對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。PE-PRO／V850IA4系統(tǒng)主回路中的開關(guān)器件采用智能模塊IPM，同時(shí)主回路具有對(duì)欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱的硬件保護(hù)。此外，主回路還檢測(cè)逆變器直流母線電壓、電機(jī)定子兩相電流以用于控制。電壓和電流的檢測(cè)都是通過(guò)LEM霍爾元件實(shí)現(xiàn)的。
    PE-PRO／V850IA4系統(tǒng)搭載使用的CPU是NEC生產(chǎn)的單一DSP芯片V805IA4。該CPU具有靈活的指令系統(tǒng)、靈活的內(nèi)部操作和并行結(jié)構(gòu)、高速性能和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。DSP控制單元的主要功能是實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計(jì)算。主回路的采樣信號(hào)(電機(jī)定子相電流、直流母線電壓等)經(jīng)過(guò)AD變換轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號(hào)，在DSP控制單元中進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計(jì)及轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)的閉環(huán)控制，最后計(jì)算出的FDWM開關(guān)信號(hào)經(jīng)逆變器控制板傳輸給逆變器的開關(guān)器件。此外，該控制單元還可實(shí)現(xiàn)DSP與微機(jī)及與主回路間的數(shù)據(jù)傳輸，主回路上電流和電壓傳感器采樣得到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，通過(guò)DSP控制單元可以將有關(guān)變量數(shù)據(jù)在微機(jī)屏幕上顯示，同時(shí)控制系統(tǒng)的指令可以由微機(jī)傳遞給DSP。