[發明專利]基于旋轉綜合矢量的永磁電機高頻注入位置估計方法

有效

• 申請號: 202110675485.4
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113489409B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 王宇;邢凱玲;張成糕;郝雯娟
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/24;H02P21/00;H02P21/05;H02P25/022
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種基于旋轉綜合矢量的永磁電機高頻注入位置估計方法，首先設置旋轉電壓矢量，在估計的d軸和q軸上注入該旋轉電壓矢量的分量，然后求取各自的零序電壓并求和；對求和電壓進行變換后輸入至低通濾波器；最后將濾波結果輸入至PI環節和積分環節，即可獲得電機的估計位置；本發明通過在估計的d軸和q軸上注入高頻信號，使得進入PI調節器的信號中不存在六倍頻干擾信號，解決了傳統高頻注入方法中存在的六倍頻干擾問題；其次，高頻信號產生的旋轉矢量是長度固定的且相對d軸旋轉頻率為ωsubgt;h/subgt;，解決了逆二倍頻坐標算法中存在的轉矩脈動諧波多、存在三倍頻轉矩脈動、轉速波動大的問題。同時提高了轉子位置辨識的精度，減小了轉速的波動。

技術領域

本發明涉及電機控制技術領域，主要涉及一種基于旋轉綜合矢量的永磁電機高頻注入位置估計方法。

背景技術

永磁同步電機驅動系統廣泛應用于航空航天、交通運輸、家用電器等領域。而采用無位置技術的永磁電機驅動系統可以減小系統的體積與成本。

經典的永磁同步電機的無位置傳感器技術主要有滑模觀測器法和高頻注入法。滑模觀測器法是通過構造一個滑模面，然后設計滑模控制律，進而得到擴展反電動勢，實現位置信息的觀測。滑模觀測器設計的根本目標是得到擴展反電動勢，從而得到位置信息。電機在零速情況下沒有擴展反電動勢，低速情況下反電動勢諧波成分含量大，因此滑模等一系列通過反電動勢來觀測位置信息的方法，在零低速情況下，均無法準確觀測出電機的位置信息。

高頻信號注入法主要利用電機自身的非理想特性對電機的轉速和位置信號進行估計。主要原理是在電機定子側注入高頻電壓或者高頻電流信號，注入的高頻信號在電機內會形成高頻磁場。由于電機具有非理想特性，例如轉子結構凸極性、轉子飽和凸極性等，這種非理想特性會對高頻磁場產生調制作用，使得電機定子側產生和電機位置和轉速相關的高頻電壓或電流信號，通過提取有效信號和解調制等方式得到電機的轉速和位置信息。由于沒有用到反電動勢等受到速度約束的物理量，因此在零低速情況下也有較好的性能。脈振高頻注入法通過在同步旋轉坐標系的直軸d軸中注入高頻正弦電壓信號，注入的信號會在靜止坐標系中形成一個高頻的脈振電壓信號，通過對交軸高頻電流信號進行幅值調制后，可以提取出其中與轉子位置有關的信息，以此方式來獲得轉子的位置速度信息。

但是，對于脈振高頻注入法，在計算轉子位置的實際值和估計值的誤差的過程中，會引入一個六倍頻擾動量(該擾動量的頻率為電機電角頻率的六倍)，從而影響了轉子位置的辨識精度。

為了解決六倍頻擾動量的干擾問題，文獻《P.L.Xu,and?Z.Q.Zhu,Novel?CarrierSignal?Injection?Method?Using?Zero-Sequence?Voltage?for?Sensorless?Control?ofPMSM?Drives,IEEE?TRANSACTIONS?ON?INDUSTRIAL?ELECTRONICS,VOL.63,NO.4,APRIL,2016》提出了一種逆二倍頻同步坐標的脈振高頻注入法，該方法將高頻信號注入在了逆二倍頻同步坐標的q軸上，可以使得六倍頻擾動量得到很好的抑制。然而，該方法逆二倍頻同步坐標與電機實際的旋轉坐標逆向旋轉，導致注入的高頻信號在電機中產生了兩種不同頻率的轉矩脈動，給轉矩脈動的抑制和轉速控制器的設計帶來了麻煩，增加了轉矩脈動和轉速波動。

發明內容

發明目的：本發明提供了一種綜合矢量旋轉式的脈振高頻注入的永磁電機的位置估計方法，在抑制了六倍頻擾動量的干擾問題的同時，減少了轉矩脈動的頻率數量，解決了現有逆二倍頻同步坐標的脈振高頻注入法中存在多種頻率的轉矩脈動、轉矩脈動大、轉速波動大的問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于旋轉綜合矢量的永磁電機高頻注入位置估計方法，所述永磁電機的轉速控制方法如下：