[發明專利]一種車用永磁同步電機低速無位置傳感器控制方法

有效

• 申請號: 202010493648.2
• 申請日: 2020-06-03
• 公開（公告）號: CN111817617B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 來躍深;鄭偉杰;孫天夫;閆俞佰
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H02P6/18
• 分類號: H02P6/18;H02P21/18
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明公開了一種車用永磁同步電機低速無位置傳感器控制方法，首先在估計的d???坐標系中注入高頻脈振三角波信號，將電機感應出的估計軸高頻電流響應信號進行傅里葉分解，再與同注入信號頻率的正弦調制波相乘并經過高截止頻率的一階低通濾波器得到位置誤差信號，然后再通過由PI控制器構成的鎖相環系統得到電機轉速與轉子位置。本發明與其他傳統方法相比，不需要帶通濾波器與差分計算，降低了轉子辨識系統受數字延時、交叉耦合項而引起的過零點偏移現象的影響，精確度高、魯棒性強、收斂速度快、易于工程實現。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機控制技術領域，具體涉及一種車用永磁同步電機低速無位置傳感器控制方法。

背景技術

永磁同步電機具有高功率密度、高轉矩電流比、高效率等特點，已經成為了電動汽車驅動電機的重要選擇之一。在永磁同步電機的磁場定向控制中,電機的最大起動轉矩與轉子位置檢測精度有關。當檢測誤差較大時，電機帶載能力被削弱，導致電機起動失敗甚至反轉。因此，對于高性能的車用驅動控制系統，高精度、強魯棒性的位置檢測系統極為重要。然而由于電動汽車運行工況復雜、顛簸較大，位置傳感器的連接線可能損壞導致電機系統失控。而無位置傳感器技術能夠在位置傳感器失效時保證電機的可控性，增強電樞系統的安全性和可靠性。

無位置傳感器控制技術可以分為兩類。中高速時主要是采用基于電機基波模型的反電動勢法，包括模型參考自適應法、擴展卡爾曼濾波器法、滑模觀測器法等。在低速與零速時，常采用不受電機參數影響的高頻電壓注入法。傳統高頻電壓注入法主要可分為高頻旋轉注入法、高頻脈振正弦波注入法、高頻脈振方波注入法、高頻脈振三角波注入法。高頻旋轉注入法將高頻正弦波注入靜止坐標系統，通過帶通濾波器和同步軸系高通濾波器獲取含有位置信息的負相序高頻響應電流，之后再通過位置觀測器辨識轉子位置。該方法需使用多個濾波器，加大了觀測器設計難度且檢測角度相移增大。高頻脈振正弦波注入法將高頻脈振正弦信號注入估計同步旋轉坐標系中，通過BPF與低通濾波器提取基波分量。該方法減少了SFHF的使用，設計難度減小，但BPF與LPF的設計降低了電流環和速度環的帶寬。高頻脈振方波注入法在估計d軸注入高頻脈振方波信號，提取估計q軸電流進行相鄰采樣電流作差獲取位置誤差信號。該方法的優點是避免了濾波器的使用，但對采樣頻率要求高、閉環收斂時間長。高頻脈振三角波注入法有兩種信號解調方式。該方法的缺點是直接調制法增加了位置誤差信號的高頻毛刺干擾，降低了檢測系統的估計精度及穩定性。而基于相鄰采樣電流差值法則受系統延時、交叉耦合項等因素的影響，加大了過零點位置的偏移。

發明內容

本發明涉及一種車用永磁同步電機低速無位置傳感器控制方法，其目的是為了解決傳統高頻脈振三角波電壓注入法辨識精度受數字延時、交叉耦合項等而引起的過零點偏移現象的影響的問題。

為了達到本發明的目的，本發明提供的技術方案如下：一種車用永磁同步電機低速無位置傳感器控制方法，其特征在于：在估計的?d-q坐標系中注入高頻脈振三角波電壓信號，將電機感應出的d軸高頻電流響應信號進行傅里葉分解，推算出軸電流在注入高頻脈振三角波電壓信號之后的表達式；然后將與正弦調制波相乘并經過高截止頻率的低通濾波器得到誤差信號，最后再通過由PI控制器構成的鎖相環系統得到電機轉速與轉子位置。

上述方法，包括以下具體步驟：

步驟(1)：向坐標系注入高頻脈振三角波電壓信號，并將高脈振頻三角波電壓信號進行傅里分解得

將(9)式代入永磁同步電機理想高頻d-q坐標系數學模型中得在注入高頻脈振三角波電壓信號之后的表達式為

式中X_dn＝R_s+j(2n+1)ω_hL_d；?X_qn＝R_s+j(2n+1)ω_hL_q；n＝0,1,2…。