阅读说明：本技术 磁链角度限幅处理、无速度传感器矢量控制方法及系统 (Flux linkage angle amplitude limiting processing and velocity sensorless vector control method and system ) 是由 熊志伟 张宁 于 2019-11-05 设计创作，主要内容包括：本申请提供了一种磁链角度限幅处理、无速度传感器矢量控制方法及系统,获取当前采样周期的电机频率,当电机频率小于预设阈值频率时,需要对估算的转子磁链进行转子磁链角度限幅,首先根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度,根据上一采样周期的转子磁链角度与预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值,根据转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量,根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。通过对小转矩低频下的转子磁链角度进行限幅处理,解决小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常的问题。(The application provides a flux linkage angle amplitude limiting processing and velocity sensor-free vector control method and system, the motor frequency of a current sampling period is obtained, when the motor frequency is smaller than a preset threshold frequency, rotor flux linkage angle amplitude limiting needs to be carried out on an estimated rotor flux linkage, a predicted rotor flux linkage angle is calculated according to the estimated rotor flux linkage at first, a rotor flux linkage angle deviation value is obtained according to a rotor flux linkage angle of a previous sampling period and the predicted rotor flux linkage angle, the rotor flux linkage angle variation of the current sampling period is determined according to the rotor flux linkage angle deviation value and an upper limit value and a lower limit value of the angle variation, and the rotor flux linkage angle of the current sampling period is obtained according to the rotor flux linkage angle variation of the current sampling period and the rotor flux linkage angle of the previous sampling period. By carrying out amplitude limiting processing on the rotor flux linkage angle under low torque and low frequency, the problems that the output torque of the motor is greatly fluctuated and the motor rotates reversely and abnormally under low torque and ultralow frequency are solved.)

磁链角度限幅处理、无速度传感器矢量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电机驱动技术领域，具体涉及磁链角度限幅处理、无速度传感器矢量控制方法及系统。

背景技术

通常变频器的无速度传感器矢量控制包含速度模式和转矩模式两种控制模式。速度模式是变频器以控制电机的转速为目的，此时电机的力矩必须为保持该速度而调整。转矩模式是指变频器是以控制电机的输出力矩为目的，速度大小和外部负载有关，与转矩无关。

转矩模式，电机速度由负载决定，负载比给定输出转矩大，电机速度会减小，给定输出转矩比负载大，速度会增加，在小转矩下，当负载加大时，电机转速会减小甚至是堵转。变频器是通过改变电动机电源频率实现速度调节，电机低速运行时因为给变频器的电机频率很低或者是电压很低，所以电机在低速时容易出现低频振动现象。针对开环矢量控制在低速运行，由于小转矩超低频(＜20％电机额定转矩，＜1％电机额定频率)的转矩模式下变频器输出频率、输出电压都很小，进而进一步引起低速时估算转速和转子磁链对电机参数变化敏感，尤其是定子电阻的变化，低速时变频器非线性误差，如采样误差、计算误差、死区、温度等引起转速和磁链估算误差等问题，如不及时处理可能会导致在小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车等一系列问题。

目前对小转矩超低频下变频器开环矢量控制处理方法有很多，大致包括软件算法和硬件优化，软件算法有高性能磁链观测以及速度辨识算法、在线高性能电机参数辨识算法及自适应补偿算法等，使用高性能磁链观测以及速度辨识算法，低频信号注入法、高频信号注入法、模型参考自适应、全阶磁链观察器、神经网络法、扩展卡尔曼滤波器法等，这些算法以提高磁链观测与速度辨识的精度为目的，同时减小对电机参数误差的敏感度。在线高性能电机参数辨识算法，实时检测电机参数，提高电机参数辨识精度。自适应补偿算法，如：定子电压补偿、死区补偿、电路延迟补偿、温度漂移校正等。软件算法的算法复杂，处理量大，实现难度大。硬件优化从硬件电路上进行优化，提高采样精度、提高抗干扰能力，减小硬件驱动延迟、使用高性能数字处理器等。但是硬件优化的电路成本高，且增加了电路的复杂度。

为此亟需一种使得小转矩低频下变频器转矩输出平稳方案。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是在小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车，为此需要提供一种适用于小转矩超低频下转子磁链角度限幅处理，操作简单，易于执行。

根据第一方面，一种实施例中提供应用于小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制，包括：

获取当前采样周期的电机频率；

当所述电机频率小于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度；

根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值；

根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量；

根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。

在其中一种可能实现方式中，所述角度变化上下限值通过以下步骤获取：

根据当前采样周期的电机频率得到相应的理论转子磁链角度变化量；

根据预设角度调节值与所述理论转子磁链角度变化量得到角度变化上下限值。

在其中一种可能实现方式中，所述根据预设角度调节值与所述理论转子磁链角度变化量得到角度变化上下限值包括：

将所述理论转子磁链角度变化量与所述预设角度调节值相加得到角度变化上限值；

将所述理论转子磁链角度变化量与所述预设角度调节值相减得到角度变化下限值；

根据所述角度变化上限值与所述角度变化下限值得到所述角度变化上下限值。

在其中一种可能实现方式中，所述根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量包括：

在所述转子磁链角度偏差值超过所述角度变化上限值时，确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为所述角度变化上限值；

在所述转子磁链角度偏差值超过所述角度变化下限值时，确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为所述角度变化下限值；

在所述转子磁链角度偏差值在所述角度变化上下限值的数值范围内时，确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为该转子磁链角度偏差值。

在其中一种可能实现方式中，所述当所述电机频率小于预设阈值频率时，计算出预测的转子磁链角度包括：

当所述电机频率小于预设阈值频率时，对估算的转子磁链进行低通滤波，输出滤波后的转子磁链；

根据滤波后的转子磁链计算出预测的转子磁链角度。

在其中一种可能实现方式中，所述当所述电机频率小于预设阈值频率时，对转子磁链进行低通滤波，输出滤波后的转子磁链包括：

当所述电机频率小于预设阈值频率时，将2倍的所述预设阈值频率作为低通滤波器的截止频率；

根据所述截止频率得到低通滤波系数；

根据所述低通滤波系数，对估算的转子磁链进行滤波，获取滤波后的转子磁链。

在其中一种可能实现方式中，当所述电机频率大于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出转子磁链角度，作为当前采样周期的转子磁链角度。

根据第二方面，一种实施例中提供一种小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制方法，包括：

将根据上述所述转子磁链角度限幅处理方法得到的转子磁链角度进行速度估算，得到相应的转子转速；

根据所述转子转速得到转矩给定值；

根据所述转矩给定值与接收到的转矩反馈值，通过PI调节器输出偏差电压信号；

根据所述偏差电压信号得到电压矢量角度；

根据所述转子磁链角度与所述电压矢量角度得到SVPWM的发波角度；

根据所述SVPWM的发波角度得到作用于电机上的驱动信号。

在其中一种可能实现方式中，所述小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制方法，还包括：

获取电机的三相电流；

根据采集的母线电压与三相变频器的PWM占空比组合重构定子电压；

将得到的三相电流与重构定子电压，通过CLARKE变换得到两相静止坐标下的电流与电压；

将两相静止坐标下的电流与电压进行变换得到旋转坐标系下的励磁电流、励磁电压、转矩电流及转矩电压；

将所述两相静止坐标下的电流与电压、所述励磁电流、所述励磁电压、所述转矩电流及所述转矩电压送入磁链观测器，得到静止坐标下估算的转子磁链；

根据所述估算的转子磁链进行上述所述的转子磁链角度限幅处理方法，得到转子磁链角度。

根据第三方面，一种实施例中提供一种转子磁链角度限幅处理系统，包括：

频率获取模块，用于获取当前采样周期的电机频率；

预测角度计算模块，用于当所述电机频率小于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度；

偏差值获取模块，用于根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值；

变化量获取模块，用于根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量；

磁链角度确定模块，用于根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。

本申请的有益效果是：

本申请提供了一种磁链角度限幅处理方法，获取当前采样周期的电机频率，当所述电机频率小于预设阈值频率时，需要对估算的转子磁链进行转子磁链角度限幅，首先根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度，然后根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值，然后根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量，最后根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。通过对小转矩低频下的转子磁链角度进行限幅处理，解决小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车的问题，使得输出转矩波动小，转矩输出平稳，操作简单，易于执行。

本申请提供了一种转子磁链角度限幅处理系统，包括：频率获取模块，用于获取当前采样周期的电机频率，预测角度计算模块，用于当所述电机频率小于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度，偏差值获取模块，用于根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值，变化量获取模块，用于根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量，磁链角度确定模块，用于根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。通过对小转矩低频下的转子磁链角度进行限幅处理，解决小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车的问题，使得输出转矩波动小，转矩输出平稳，操作简单，易于执行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种转子磁链角度限幅处理方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种计算预测的转子磁链角度方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种转子磁链滤波方法流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种角度变化上下限值获取方法流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种角度变化上下限值获取方法流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种转子磁链角度变化量获取方法流程示意图；

图7为本发明实施例提供的一种转子磁链角度限幅处理系统结构示意图；

图8为本发明实施例变频器开环转矩控制原理框图；

图9为本发明实施例提供的小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

在变频器的无速度传感器矢量控制下，变频器输出电压的频率低，控制电机输出的转矩小，负载转动的力矩小，而负载变大时，电机的转速就会减小，带不动负载下还会发生电机堵转。变频器的调速原理主要受制于异步电动机的转速n、异步电动机的频率f、电动机转差率s、电动机极对数p这四个因素。转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0-50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的。主要采用交-直-交方式，先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

在本发明实施例中，变频器运行在小转矩超低频条件下，在不使用高复杂高难度磁链辨识、速度辨识算法或者补偿算法等特殊处理的前提下，转子磁链角度估算困难且估算的转子磁链角度波动也很大，导致变频器输出转矩、频率等波动大，甚至异常，而往往大部分变频器开环转矩控制的场合，在小转矩超低频下对转矩波动的要求比转矩精度的要求更高，发明人针对小转矩超低频下变频器开环转矩模式控制中存在的缺点，提出了对小转矩低频下变频器开环转矩转子磁链角度进行限幅处理，从而使得小转矩低频下变频器转矩输出平稳，保证电机的正常运行。

实施例一

本发明实施例提供了一种转子磁链角度限幅处理方法，应用于小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制，由变频器内部执行所述转子磁链角度限幅处理方法，或是由变频器控制系统之外的控制终端设备来执行所述转子磁链角度限幅处理方法。参见图1，图1为本发明实施例提供的转子磁链角度限幅处理方法流程示意图。该方法可以包括步骤S11到步骤S15，下面具体说明。

需要说明的是，

无速度传感器矢量控制是通过对电动机定子绕组上的电流进行坐标变换处理，将定子电流分解为励磁电流和转矩电流，并对励磁电流和转矩电流分别控制。。无速度传感器控制技术的发展始于常规带速度传感器的传动控制系统，解决问题的出发点是利用检测的定子电压、电流等容易检测到的物理量进行速度估计以取代速度传感器。通过电机矢量控制理论来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。

步骤S11：获取当前采样周期的电机频率。

在本发明实施例中，可以电机定子电流进行采样，并根据电流进行磁链估测，速度辨识，从而得到电机频率，也即电机转速，然后根据步骤S12对当前采样周期内的电机频率进行判断，根据判断结果对每一采样周期的转子磁链角度进行限幅处理，保证小转矩低频下变频器转矩输出平稳。

步骤S12：当所述电机频率小于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度。

需要说明的是，本发明实施例适用于小转矩超低频下变频器开环转矩模式控制中，开环转矩就是系统中没有速度编码器，此时变频器选择无速度传感器矢量控制，转矩模式是指变频器是以控制电机的输出力矩为目的，速度大小和外部负载有关，与转矩无关。在开始时，可以进行磁链估测、速度估算获取估算的转速，例如首先根据磁链观测器估算出转子磁链后，然后根据估算的转子磁链进行步骤S12。

在本发明实施例中，转子磁链角度在低速(即低频率)时辨识与电机转子实际值有误差，低速不准并不是突变，一般来说速度越低辨识越困难，可能相对误差就越大，速度越大辨识越准确，因此此处设定一个调整转子磁链角度的预设阀值频率，大于这个预设的阀值频率，则电机的转速就大，则在该转子磁链角度时能够准备辨识，不需要调整转子磁链角度。小于这个预设阀值频率，则电机的转速就小，则在该转子磁链角度时不能够准确辨识，就需要适当的去调整辨识转子磁链角度。不同电机，不同变频器机型低速辨识准确性概率(难度)有区别，该预设阀值频率也需要相应调整，因此可通过变频器功能码对该阀值频率进行设置来调整。变频器也是有相应的功能码进行更改调整，变频器由面板操作器进行设置，具体设置根据现场实际控制效果进行调整。

进一步说明，预设阈值频率不是一个辨识处理的阈值频率，而是输出频率低于该阀值频率时，转速辨识误差较大，从而导致电机输出转矩波动大，具体阀值频率大小是需要通过现场实际力矩控制效果进行调整，同时，变频器在出厂前会根据实验室以及应用现场测试默认一个相对合适的出厂值。每个变频器或者电机以及不同控制算法该值也会不同。

在本发明实施例中，通过设置预设阈值频率来实现对电机转子磁链角度限幅处理的判断。

在本发明实施例中，参见图2，步骤S12当所述电机频率小于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度包括步骤S21至步骤S22，下面具体说明。

步骤S21：当所述电机频率小于预设阈值频率时，对估算的转子磁链进行低通滤波，输出滤波后的转子磁链。

在本发明实施例中，参见图3，步骤S21所述当所述电机频率小于预设阈值频率时，对转子磁链进行低通滤波，输出滤波后的转子磁链包括步骤S211至步骤S213，下面具体说明。

步骤S211：当所述电机频率小于预设阈值频率时，将2倍的所述预设阈值频率作为低通滤波器的截止频率。

步骤S212：根据所述截止频率得到低通滤波系数。

在本发明实施例中，低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。低通滤波器的滤波函数：Vo(k)＝A1*Vi(k)+A2*Vo(k-1)，其中，Vi(k)为当前滤波前值，Vo(k)为当前低通滤波后值，Vo(k-1)为上一低通滤波后值，低通滤波离散函数：

其中，Ts为采样频率，截止频率将2倍的截止频率作为预设阈值频率。RC由截止频率计算而来，从而得到相应的滤波系数A1和A2。

在本发明实施例中，如果在预设阀值频率处转子磁链能够辨识准确，那么转子磁链的频率跟预设阀值频率是相同的，即预设阀值频率默认为是实际准确值，在电机频率小于阀值频率时，辨识的转子磁链可能会含有一定的高频干扰成分，因此通过低通滤波器将这部分滤除。

步骤S213：根据所述低通滤波系数，对估算的转子磁链进行滤波，获取滤波后的转子磁链。

根据所述低通滤波系数使能所述滤波器，以对所述估算的转子磁链进行滤波，在滤波之后除去了干扰成分，在进行滤波操作之后获取滤波后的转子磁链。

在其中一种可能实现方式中，当所述电机频率大于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出转子磁链角度，作为当前采样周期的转子磁链角度。

在本发明实施例中，所述变频器输出频率大于所述预设的阈值频率时，认为不需要进行转子磁链角度限幅处理调整。

步骤S22：根据滤波后的转子磁链计算出预测的转子磁链角度。

在本发明实施例中，滤波后得到的转子磁链包括：为α分量的转子磁链，为β分量的转子磁链，按公式计算预测转子磁链角度，其中为预测的转子磁链角度，为α分量的转子磁链，为β分量的转子磁链。

步骤S13：根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值。

在本发明实施例中，计算上一采样周期的转子磁链与当前采样周期的预测转子磁链角度的偏差值，偏差包括平均偏差、相对标准偏差及标准偏差，平均偏差是指单项测定值与平均值的偏差(取绝对值)之和，除以测定次数。相对标准偏差是指标准偏差占平均值的百分率。平均偏差和相对平均偏差都是正值。标准偏差是统计学名词，一种量度数据分布的分散程度之标准，用以衡量数据值偏离算术平均值的程度。标准偏差越小，这些值偏离平均值就越少，反之亦然。标准偏差的大小可通过标准偏差与平均值的倍率关系来衡量。示例性地，得到转子磁链角度偏差值为

步骤S14：根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量。

在本发明实施例中，参见图4，所述角度变化上下限值获取包括步骤S31至步骤S32，下面具体说明。

步骤S31：根据当前采样周期的电机频率得到相应的理论转子磁链角度变化量。

在本发明实施例中，在当前采样周期内，根据计算得到理论转子磁链角度变化量，其中，Fs是采样周期(毫秒)，w_psi是当前采样周期内的电机频率，是理论转子磁链角度变化量。

步骤S32：根据预设角度调节值与所述理论转子磁链角度变化量得到角度变化上下限值。

在本发明实施例中，参见图5，步骤S32所述根据预设角度调节值与所述理论转子磁链角度变化量得到角度变化上下限值包括步骤S321至步骤S323，下面具体说明。

步骤S321：将所述理论转子磁链角度变化量与所述预设角度调节值相加得到角度变化上限值。

步骤S322：将所述理论转子磁链角度变化量与所述预设角度调节值相减得到角度变化下限值。

步骤S323：根据所述角度变化上限值与所述角度变化下限值得到所述角度变化上下限值。

在本发明实施例中，根据预设角度调节值ThataComp，其中，该角度调节阀值由变频器功能码调节，以及当前转速下理论磁链角度变化量计算当前采样周期下的角度变化上下限值：

其中，UpLimit为角度变化上限值，DnLimit为角度变化下限值。

在本发明实施例中，参见图6，步骤S14所述根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量包括步骤S41至步骤S43，下面具体说明。

步骤S41：在所述转子磁链角度偏差值超过所述角度变化上限值时，确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为所述角度变化上限值。

步骤S42：在所述转子磁链角度偏差值超过所述角度变化下限值时，确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为所述角度变化下限值。

步骤S43：在所述转子磁链角度偏差值在所述角度变化上下限值的数值范围内时，确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为该转子磁链角度偏差值。

在本发明实施例中，如果转子磁链角度偏差值超过角度变化上限，则当前采样周期的转子磁链角度变化量为所述角度变化上限值，即如果转子磁链角度偏差值小于角度变化下限值，则当前采样周期的转子磁链角度变化量为所述角度变化上限值，即如果转子磁链角度偏差值不超过角度变化上限，也超过所述角度变化下限值时，则确定当前采样周期的转子磁链角度变化量为该转子磁链角度偏差值，即

步骤S15：根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。

在本发明实施例中，将当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度相加得到当前采样周期的转子磁链角度

实施本实施例具有如下突出特点：

本申请提供了一种转子磁链角度限幅处理方法，获取当前采样周期的电机频率，当所述电机频率小于预设阈值频率时，需要对估算的转子磁链进行转子磁链角度限幅，首先根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度，然后根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值，然后根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量，最后根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。通过对小转矩低频下的转子磁链角度进行限幅处理，解决小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车的问题，使得输出转矩波动小，转矩输出平稳，操作简单，易于执行。

实施例二

参见图7，本发明实施例提供一种转子磁链角度限幅处理系统，包括：

频率获取模块21，用于获取当前采样周期的电机频率；

预测角度计算模块22，用于当所述电机频率小于预设阈值频率时，根据估算的转子磁链计算出预测的转子磁链角度；

偏差值获取模块23，用于根据上一采样周期的转子磁链角度与所述预测的转子磁链角度得到转子磁链角度偏差值；

变化量获取模块24，用于根据所述转子磁链角度偏差值与角度变化上下限值确定当前采样周期的转子磁链角度变化量；

磁链角度确定模块25，用于根据当前采样周期的转子磁链角度变化量与上一次采样周期的转子磁链角度得到当前采样周期的转子磁链角度。

实施本发明实施例具有如下特点：

通过对小转矩低频下的转子磁链角度进行限幅处理，解决小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车的问题，使得输出转矩波动小，转矩输出平稳，操作简单，易于执行。

实施例三

参见图8，图8为本发明实施例变频器开环转矩控制原理框图，包括坐标变换模块、磁链观测模块、速度估算模块、角度调整模块、电流环、速度环、SVPWM模块及IPM模块，电流检测电路(图中未示)检测到电机(图中未示)三相输出的电流，根据采样的母线电压与三相变频器的PWM占空比组合重构输出定子电压，所述坐标转换模块是将得到的三相电流以及重构输出定子电压通过CLARKE变换公式变换为两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ，所述两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ通过M-T变换(Park变换)公式变换成旋转坐标系下的励磁电流、励磁电压和转矩电流、转矩电压，变换后的励磁电流、励磁电压、转矩电流、转矩电压及两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ传输给磁链观测模块，所述磁链观测模块接收旋转坐标系下的励磁电流、励磁电压、励磁电流、励磁电压及两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ，并通过磁链观测器输出静止坐标系下电机转子磁链以及即是图中的输出的静止坐标系下电机转子磁链传输至速度估算模块及角度调整模块。所述角度调整模块根据本申请的转子磁链角度限幅处理方法进行电子磁链角度的调整，输出正确的电子磁链角度给速度估算模块和SVPWM模块，由所述速度估算模块根据所述电机转子磁链以及角度调整模块输出电机转子磁链角度进行估算，输出估算转速，转速估算根据下式计算出转子磁通同步角速度ω，再利用转子转速(ω_r)＝转子磁通同步角速度(ω)-转差转速(ω_s)，即下式，从而估算出转子转速ω_r。其中，L_m为互感，i_sβ为β分量的定子电流，i_sα为α分量的定子电流，为α分量的转子磁链，为β分量的转子磁链。需要说明的是，这个估算速度是磁链观测其对电机的转速进行估算的速度，即通过电机的输出的电压与电流进行估算的，也是电机的反馈转速速度，将所述反馈转速速度与给定速度输入至速度环之后，由速度环进行PID调节后输出信号给电流环，电流环的输入就是电流环的给定。所述电流环从所述坐标变换模块获取反馈转矩，根据所述给定转矩以及所述反馈转矩之间的偏差信号，通过PI调节器得到的偏差电压UtOut和UmOut，并得到电压矢量角度θ_u，所述SVPWM模块根据所述角度调整模块以及所述电压矢量角度θ_u相加，得到SVPWM的发波角度，并进行反坐标变换得到输出电压经过空间电压矢量模块，得到6路驱动信号，驱动信号经过IPM模块作用在电机上。以此循环，不断的调整转子磁链角度，然后去调整电机。而所述角度调整模块在根据负载情况进行转子磁链角度的调整，使得电机的转矩输出平稳，转矩波动小。

本发明实施例提供了一种小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制方法，由变频器内部执行所述转子磁链角度限幅处理方法，或是由变频器控制系统之外的控制终端设备来执行所述小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制方法，其中，所述变频器或控制终端的开环转矩控制原理如图8所示。参见图9，图9为本发明实施例提供的小转矩低频下变频器无速度传感器矢量控制方法流程示意图。该方法可以包括步骤S000至步骤S011，下面具体说明。

步骤S000：获取电机的三相电流。

步骤S001：根据采集的母线电压与三相变频器的PWM占空比组合重构定子电压。

步骤S002：将得到的三相电流与重构定子电压，通过CLARKE变换得到两相静止坐标下的电流与电压。

步骤S003：将两相静止坐标下的电流与电压进行变换得到旋转坐标系下的励磁电流、励磁电压、转矩电流及转矩电压。

步骤S004：将所述两相静止坐标下的电流与电压、所述励磁电流、所述励磁电压、所述转矩电流及所述转矩电压送入磁链观测器，得到静止坐标下估算的转子磁链。

步骤S005：根据所述估算的转子磁链进行转子磁链角度限幅处理方法，得到转子磁链角度。

步骤S006：将根据转子磁链角度限幅处理方法得到的转子磁链角度进行速度估算，得到相应的转子转速。

步骤S007：根据所述转子转速得到转矩给定值。

步骤S008：根据所述转矩给定值与接收到的转矩反馈值，通过PI调节器输出偏差电压信号。

步骤S009：根据所述偏差电压信号得到电压矢量角度。

步骤S010：根据所述转子磁链角度与所述电压矢量角度得到SVPWM的发波角度。

步骤S011：根据所述SVPWM的发波角度得到作用于电机上的驱动信号。

在本发明实施例中，检测到电机三相输出的电流，可以通过电流检测电路检测电机三相输出中的两相电流i_A、i_B，根据三相电流总和为零，求出第三相电流i_C，由此得到电机的三相电流i_A、i_B、i_C，根据采样的母线电压Udc与三相变频器的PWM占空比组合重构输出定子电压u_A，u_B，u_C，将得到的三相电流以及重构输出定子电压通过CLARKE变换公式变换为两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ，所述两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ通过M-T变换(矢量坐标变换)公式变换成旋转坐标系下的励磁电流、励磁电压和转矩电流、转矩电压，变换后的励磁电流、励磁电压、转矩电流、转矩电压及两相静止坐标系下电流i_sαβ、电压u_sαβ传输给送入磁链观测器，输出静止坐标系下电机转子磁链以及即是图8中的输出的静止坐标系下电机转子磁链进行本发明实施例的转子磁链角度限幅处理方法进行以实现电子磁链角度的调整，输出正确的电子磁链角度，根据所述电机转子磁链以及输出正确的电子磁链角度输出电机转子磁链角度进行估算，输出估算转速，转速估算根据下式计算出转子磁通同步角速度ω，再利用转子转速(ω_r)＝转子磁通同步角速度(ω)-转差转速(ω_s)，即下式，从而估算出转子转速ω_r。 其中，L_m为互感，i_sβ为β分量的定子电流，i_sα为α分量的定子电流，为α分量的转子磁链，为β分量的转子磁链。需要说明的是，这个估算速度是磁链观测其对电机的转速进行估算的速度，即通过电机的输出的电压与电流进行估算的，也是电机的反馈转速速度，将所述反馈转速速度与给定速度输入至速度环之后，由速度环进行PID调节后输出信号给电流环，电流环的输入就是电流环的给定。所述电流环从所述坐标变换模块获取反馈转矩，根据所述给定转矩以及所述反馈转矩之间的偏差信号，通过PI调节器得到的偏差电压UtOut和UmOut，并得到电压矢量角度θ_u，将正确的转子磁链角度与电压矢量角度θ_u相加，得到SVPWM的发波角度，并进行反坐标变换得到输出电压经过空间电压矢量模块，得到6路驱动信号，驱动信号经过IPM模块作用在电机上。以此循环，不断的调整转子磁链角度，然后去调整电机。而所述角度调整模块在根据负载情况进行转子磁链角度的调整，使得电机的转矩输出平稳，转矩波动小。

实施本发明实施例具有如下特点：

通过对小转矩低频下的转子磁链角度进行限幅处理，解决小转矩超低频下电机输出转矩波动很大、电机正反转异常、电机无法转动甚至飞车的问题，使得输出转矩波动小，转矩输出平稳，操作简单，易于执行。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。