[發明專利]基于高頻信號注入的永磁同步電機轉子位置檢測方法

在審

• 申請號: 201510815690.0
• 申請日: 2015-11-23
• 公開（公告）號: CN105450127A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 劉兵;周波;王龍;倪天恒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/24
• 分類號: H02P21/24;H02P21/18;H02P25/022
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及電機控制領域，尤其涉及一種基于高頻信號注入的永磁同步電機轉子位置檢測方法。

背景技術

永磁同步電機憑借其體積重量小、功率因素高、控制性能好等優點得到了廣泛的工業應用。在其控制過程中需要獲取準確的轉子位置信息，常采用機械式傳感器獲得，如光電編碼器、旋轉變壓器等。但這增加了系統的體積、重量和成本，并且在一些劇烈震動、潮濕的場合這類傳感器易失效，為了解決上述問題，不少學者對永磁同步電機無位置傳感器控制技術展開了研究。

J.H.Jang,S.K.Sul,J.I.Ha,“SensorlessDriveofSurface-MountedPermanent-MagnetMotorbyHigh-FrequencySignalInjectionBasedonMagneticSaliency,”IEEETransactionsonIndustryApplications,vol.39,no.4,pp.1031-1039,2003.在d軸注入脈振高頻電壓信號，對q軸電流進行帶通濾波得到高頻響應分量，再用一個同頻率的正弦調制信號與其相乘，最后經過低通濾波得到位置估計誤差信號，構建閉環將該誤差信號調節到零實現轉子位置估計。劉穎，周波，馮瑛，等.基于脈振高頻電流注入SPMSM低速無位置傳感器控制[J].中國電工技術學報，2012,7(27):139-145.對上述方法進行了深入研究，發現該方法系統的穩定性受到高頻阻抗變化的影響，并提出一種解決方案，在d軸注入脈振高頻電流信號，從q軸電壓響應中提取位置估計誤差信號，構建閉環實現轉子位置估計。但該方法對電流調節器的性能要求很高，采用常規PI控制器難以獲得預期性能。J.M.Wang,X.M.Zhao,Z.Guo,“AnalysisandImprovementofPulsatingCurrentInjectionBasedSensorlessControlofPermanentMagnetSynchronousMotor,”in17thInternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems(ICEMS),Oct.22-25,2014.詳細分析了脈振高頻電流注入法受電流調節器性能的影響，指出常規的PI電流調節器用在電流注入法中會產生一定的位置估計誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對背景技術中所涉及到的缺陷，提供一種基于高頻信號注入的永磁同步電機轉子位置檢測方法，實現了準確的轉子位置估計。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

基于高頻信號注入的永磁同步電機轉子位置檢測方法，包含以下具體步驟：

步驟1)，定義d-q為實際同步旋轉坐標系、為估計轉子同步旋轉坐標系、α-β為實際兩相靜止坐標系，并且定義估計位置誤差其中，θ為實際轉子初始位置，為位置估計值，的初始值為0；

步驟2)，在估計轉子同步旋轉坐標系的d軸注入高頻余弦電壓其中，U_hm為在d軸注入高頻電壓的幅值，ω_h為注入高頻電壓的角頻率，t表示當前時刻；

步驟3)，對估計轉子同步旋轉坐標系上的電壓信號進行Park逆變換，得到兩相靜止α-β坐標系下的電壓信號u_α和u_β，再采用空間矢量脈寬調制SVPWM得到三相逆變器的六路開關信號，驅動表貼式永磁同步電機SPMSM；

步驟4)，檢測電機三相繞組A/B/C中的任意兩相電流，先進行Clarke變換得到兩相靜止α-β坐標系下的電流信號i_α和i_β，再經過Park變換得到估計轉子同步旋轉坐標系下的d軸電流響應信號和q軸電流響應信號

步驟5)，將估計轉子同步旋轉坐標系的d軸和q軸電流響應信號和都經過帶通濾波器選出頻率為ω_h的交流分量，即電流響應的高頻分量和將兩者相乘進行調制，得到直流分量和頻率為2ω_h的交流分量，最后經過低通濾波器濾除交流分量，提取直流分量，得到估計位置偏差信號f(Δθ)；

步驟6)，構建位置偏差閉環，將估計位置偏差信號f(Δθ)作為PI調節器的輸入，估計轉子角速度為PI調節器的輸出，對估計轉子角速度積分得到估計的轉子位置