[發明專利]一種基于高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法

有效

• 申請號: 201410231921.9
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN103997263A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 余海濤;孟高軍;胡敏強;黃磊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 黃成萍

技術領域

本發明涉及一種基于高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗干擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測。

背景技術

目前，在各種結構的機器人系統中，由于采用永磁同步電機(PMSM)的方案效率較高，因此這種方案具有著重要的地位。特別是在電力機器人和小型機器人中，PMSM由于這些優點而得到了更多的應用。但是，一般情況下，機器人的驅動電機采用機械式位置傳感器來檢測電機的轉速和動子位置，如光電編碼器和旋轉變壓器。然而，機械式傳感器的存在帶來了很多弊端：1)電機與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統可靠性；2)加大了電機空間尺寸和體積，減少了功率密度，增加了系統的硬件成本和維護成本；3)在高溫與強腐蝕環境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導致電機驅動系統無法正常工作。

而能否對轉子初始位置進行準確估計是永磁同步發電機高性能控制策略(矢量控制或直接轉矩)和無位置傳感器運行實現的前提條件，也是關系到機器人是否順利起動，以及能否實現最大轉矩起動的關鍵問題；因此，轉子初始位置檢測一直是工程技術界研究的熱點和難點問題之一，尤其在電力機器人中，因為機器人所進行的操作為基本為高壓操作，檢測的線路非常危險，如果轉子初始位置檢測不準確，會造成電力機器人的反響轉動，結果有可能因為誤操作破壞整個電力線路和機器人，嚴重的甚至會造成高壓短路。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗干擾觀測器結合在一起，在有效的對變電站巡視機器人PMSM轉子初始位置進行估計的同時，可以準確、有效的實時檢測變電站巡視機器人PMSM運行后的轉子位置信息。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗干擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測，具體包括如下步驟：

(1)在PMSM轉子初始位置檢測時采用初始位置跟蹤閉環控制系統，首先在電流開環的情況下，在兩相旋轉坐標系下注入高頻電壓信號，通過構建轉子位置跟蹤閉環系統，估計出PMSM轉子初始位置；

(2)變電站巡視機器人運行后，采用旋轉高頻電壓注入法實時檢測PMSM轉子位置，通過軟件鎖相環實現對負序高頻電流的相位的跟蹤，從而獲取矢量角誤差，同時采用PI調節器調節矢量角的誤差使之趨于零，使PMSM轉子位置的估計值收斂于真實值θ_r，對作時間微分，獲得PMSM轉子角速度為了避免PMSM電機多重凸極效應的影響，在高頻電壓注入法的結構上加入雙重凸極解耦觀測器；為解決在高速下由于外界干擾而可能導致的轉子位置估計失真的情況，加入轉子位置抗干擾觀測器；

(3)每一個PWM周期中都有三個線性無關的電壓矢量，這三個電壓矢量造成d/q軸電壓的變化，同時結合PMSM電感辨識模型，利用實時遞推法對PMSM的d/q軸電感進行在線辨識，并將得到的電感參數輸入到PI調節器中，對負相序電流幅值進行補償，以更為準確的對PMSM的位置進行觀測。

有益效果：本發明提供的基于高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗干擾觀測器結合在一起，具有如下有益效果：1、采用跟蹤閉環控制系統，能夠非常準確的檢測變電站巡視機器人PMGM的轉子初始位置，有效地改善了已有方法存在的算法執行時間長、實施復雜等缺點；2、在避免電機多重凸極效應的影響同時，解決了在高速下由于外界干擾而可能導致觀測器轉子位置失真的情況；3、通過PMSM電感辨識模型在線辨識d/q軸電感，并得到的電感參數輸入到PI調節器中，實現了對變電站巡視機器人PMSM更為準確的觀測；4、節約了硬件成本和維修成體，同時提高了系統的抗干擾性和魯棒性。

附圖說明

圖1為旋轉高頻電壓信號注入原理圖；

圖2為用于高頻電壓注入法的雙重凸極解耦觀測器模型圖；

圖3為用于高頻電壓注入法的轉子位置坑干擾觀測器觀測原理圖；

圖4為初始位置跟蹤閉環控制系統；

圖5為變電站巡視機器人控制框圖；