[發明專利]基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法

有效

• 申請號: 201910493266.7
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110176881B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 張國強;王高林;周洪雷;趙楠楠;李成睿;張鴻鵬;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P21/22;H02P21/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高倩

一種基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法，屬于永磁電機無位置傳感器控制領域。本發明針對現有電機運行的低速和零速區間，采用注入高頻電壓信號的方法來獲取轉子位置，會產生電磁干擾，并產生較大噪聲的問題。它以隨機的方式獲得向電機注入的高頻電壓方波序列，該序列中對電壓信號的相位與頻率進行隨機選擇后進行組合獲得；將所述序列注入到電機內部并提取響應電流后，通過高頻隨機解調信號對響應電流進行信號處理與提取，得到包含位置信息的高頻隨機響應電流包絡信號，最終對包絡信號進行處理即可得到位置與轉速信息。本發明方法獲得的高頻響應電流的頻譜分布范圍較寬，實現了對噪聲的抑制。

技術領域

本發明涉及基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法，屬于永磁電機無位置傳感器控制領域。

背景技術

精確的轉子位置信息以及轉速信息是實現永磁同步電機高性能矢量控制的關鍵。在傳統的永磁電機矢量控制系統中，通常利用編碼器等機械位置傳感器測量轉子位置和轉速信息進行反饋和計算。然而位置傳感器的存在不但使系統成本增加，使系統組成結構變得更加繁雜，還使系統運行的可靠性大大的削減。同時，一些高精度位置傳感器設備的使用易受大氣氣溫、水分含量等環境因素的影響，這嚴重制約了驅動裝置在某些極端場合的應用。因此，通過控制算法實現轉子位置信息提取的無傳感器技術成為電機驅動領域的研究重心，并具有廣泛的工業應用前景。

目前，無傳感器控制技術在電機運行的高速區間發展的比較成熟，其獲取的轉子位置信息準確性能夠滿足一般實際應用場合的需求。而在電機運行的低速和零速區間，基于輔助信號注入來估計轉子位置成為主流方案。現有的基于輔助信號注入的方法是向電機內部注入高頻電壓信號，這種方式在電機轉子上存在的高頻電流分量會產生較大的噪聲；同時由于注入電壓信號的頻率較高，對周圍電子設施會產生電磁干擾，在某些情況下甚至會導致設備發生嚴重故障，無法正常工作。因此高頻噪聲成了限制無傳感器技術在變頻器中應用的重要原因之一。

針對以上不足，為了擴展基于輔助信號注入的無位置傳感器控制技術的應用領域，需要對現有的高頻電壓信號注入法進行改進，以在保證轉子位置精度的前提下最大限度的抑制噪聲，并具有良好的動態性能。

發明內容

針對現有電機運行的低速和零速區間，采用注入高頻電壓信號的方法來獲取轉子位置，會產生電磁干擾，并產生較大噪聲的問題，本發明提供一種基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法。

本發明的一種基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法，它包括以下步驟：

步驟一：選擇高頻電壓方波信號的相位和頻率并進行隨機組合，形成混合隨機高頻電壓方波的注入序列；

步驟二：在永磁電機運行的低速區間將所述注入序列注入電機內部，并提取高頻響應電流；

步驟三：利用高頻隨機解調信號從所述高頻響應電流中提取包含轉子位置信息的高頻響應電流包絡線；所述高頻隨機解調信號基于所述注入序列的特征對應生成；

步驟四：利用觀測器由高頻響應電流包絡線中提取轉子位置信號；再對轉子位置信號求取微分得到轉速信號；將所述轉子位置信號與轉速信號作為反饋信號，進行永磁電機無位置傳感器的閉環控制。

根據本發明的基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法，所述混合隨機高頻電壓方波的注入序列通過隨機信號發生器的隨機選擇生成。

根據本發明的基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法，步驟一中，所述注入序列的相位包括0°，90°，180°和270°。

根據本發明的基于混合隨機信號注入的永磁電機無位置傳感器控制方法，步驟一中，所述注入序列的頻率范圍為ω_i至2ω_i，其中ω_i為注入序列向電機內部的注入頻率。