基于PE-PRO／V850IA4的變頻空調(diào)無傳感器過調(diào)制技術(shù)開發(fā)

0 引言
    近年來，在空調(diào)壓縮機系統(tǒng)中開始逐步使用控制性能更加優(yōu)越的永磁同步電機，以取代無刷直流電機進行驅(qū)動。這種永磁同步電機處于高溫密封的壓縮機中，且充滿強腐蝕性的高壓制冷劑，無法安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，因此，必須采用無傳感器控制方法。另一方面，空調(diào)大多運行在中高速區(qū)。在壓縮機調(diào)速系統(tǒng)中，由于電機的運行范圍和帶負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現(xiàn)最大的輸出電壓，必須在逆變器控制中采用過調(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)永磁同步電機一壓縮機系統(tǒng)在高速區(qū)運行時的要求和特點，介紹了無傳感器過調(diào)制技術(shù)的基本原理，即單模式過調(diào)制算法和MRAS轉(zhuǎn)速辨識算法，并將該方法應(yīng)用于永磁同步電機的高速運行控制中，并在MyWay開發(fā)系統(tǒng)上進行了實驗驗證。

1 控制策略
    (1)單模式過調(diào)制算法
    本文采用了SVPWM線性調(diào)制和文獻[2]提出的單模式過調(diào)制兩種策略。其中單模式過調(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)為例對這種單模式過調(diào)制算法進行說明，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|ur|小于六邊形內(nèi)切圓半徑時，逆變器處于SVPWM線性調(diào)制區(qū)；隨著|ur|的進一步增長，系統(tǒng)進入過調(diào)制區(qū)，此時需對參考電壓矢量ur進行調(diào)整，使調(diào)整后逆變器輸出的實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|ur|等于六邊形外接圓半徑時，逆變器進入六階梯波工作狀態(tài)，相應(yīng)地電壓利用率也達到理論上的最大值0．78。

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

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2 PE-PRO／V850IA4實驗系統(tǒng)平臺
    本實驗是在Myway公司研制的電機控制開發(fā)系統(tǒng)PE-PRO／V850IA4上實現(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，整個系統(tǒng)按照功能可分為三個部分：主回路單元、DSP控制單元和微機編輯與顯示單元。

    主回路實現(xiàn)反饋信號的檢測、開關(guān)器件的驅(qū)動以及對系統(tǒng)的保護。PE-PRO／V850IA4系統(tǒng)主回路中的開關(guān)器件采用智能模塊IPM，同時主回路具有對欠壓、過壓、過流、過熱的硬件保護。此外，主回路還檢測逆變器直流母線電壓、電機定子兩相電流以用于控制。電壓和電流的檢測都是通過LEM霍爾元件實現(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。DSP控制單元的主要功能是實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)計算。主回路的采樣信號(電機定子相電流、直流母線電壓等)經(jīng)過AD變換轉(zhuǎn)化成的數(shù)字信號，在DSP控制單元中進行處理，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的估計及轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)的閉環(huán)控制，最后計算出的FDWM開關(guān)信號經(jīng)逆變器控制板傳輸給逆變器的開關(guān)器件。此外，該控制單元還可實現(xiàn)DSP與微機及與主回路間的數(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經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，通過DSP控制單元可以將有關(guān)變量數(shù)據(jù)在微機屏幕上顯示，同時控制系統(tǒng)的指令可以由微機傳遞給DSP。