一種永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的方法，由于低轉(zhuǎn)速下電機(jī)反電勢(shì)較 小，基于反電勢(shì)觀測(cè)的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法不再適用，目前一般都是采用信號(hào)注入的方式跟 蹤電機(jī)的凸極特性，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，其中研宄較多的是高頻信號(hào)注入法。
[0003] 劉穎、周波、李帥等在中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)上發(fā)表的《轉(zhuǎn)子磁鋼表貼式永磁同步電機(jī) 轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)》，在估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸注入高頻正弦電壓信號(hào)，檢測(cè)q軸 高頻電流響應(yīng)并建立位置估計(jì)閉環(huán)得到估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。該方法在低速區(qū)域能有效檢測(cè)電機(jī) 轉(zhuǎn)子位置，但系統(tǒng)的穩(wěn)定性受電阻變化的影響，且高頻信號(hào)是以開環(huán)形式注入的，實(shí)際注入 的高頻信號(hào)受逆變器死區(qū)效應(yīng)等因素的影響會(huì)產(chǎn)生一定畸變。劉穎、周波、趙承亮等在中 國電工技術(shù)學(xué)報(bào)上發(fā)表的《基于脈振高頻電流注入SPMSM低速無位置傳感器控制》，首次采 用脈振高頻電流注入法實(shí)現(xiàn)SPMSM轉(zhuǎn)子位置估計(jì)，以閉環(huán)形式在d軸注入高頻正弦電流信 號(hào)，從q軸電壓響應(yīng)中提取位置估計(jì)誤差信息，建立閉環(huán)系統(tǒng)得到估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。采用該方 法可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性不受電阻變化的影響，但由于它是從q軸電壓響應(yīng)中提取位置估 計(jì)誤差信息，該電壓響應(yīng)是電流調(diào)節(jié)器直接輸出的結(jié)果，在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中，該信號(hào)突變較 大，使有效信號(hào)中包含較多的干擾，降低了信噪比。
[0004] 如何既能以閉環(huán)方式注入高頻信號(hào)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能顯著降低系統(tǒng)在動(dòng)態(tài) 調(diào)節(jié)過程中對(duì)有效信號(hào)產(chǎn)生的干擾，提高信噪比，這是一個(gè)有待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方 法，既能以閉環(huán)方式注入高頻信號(hào)來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又能顯著降低系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過 程中對(duì)有效信號(hào)產(chǎn)生的干擾，提高信噪比。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0007] 一種永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1，給定注入d軸的脈振高頻電流信號(hào)的頻率；
[0009] 步驟2,利用矢量控制方式對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速、dq軸電流雙閉環(huán)控制，且轉(zhuǎn) 速環(huán)、q軸電流環(huán)均利用比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，d軸電流環(huán)利用比例積分-諧振調(diào)節(jié)器 進(jìn)行控制；設(shè)置轉(zhuǎn)速環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器的帶寬小于dq軸電流環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器的帶寬，dq 軸電流環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器的帶寬小于步驟1所述信號(hào)的頻率，d軸電流環(huán)諧振調(diào)節(jié)器的諧 振頻率等于步驟1所述信號(hào)的頻率；
[0010] 步驟3,在d軸注入步驟1給定頻率的脈振高頻電流信號(hào)，從q軸電流響應(yīng)的高頻 分量中提取轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差信號(hào)，利用位置估計(jì)環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器將該誤差信號(hào)調(diào)節(jié)到 0,得到估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度，再對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度進(jìn)行積分得到估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。
[0011] 優(yōu)選的，步驟3所述得到估計(jì)轉(zhuǎn)子位置的具體步驟為：
[0012] 步驟31，給定d軸電流、q軸電流和轉(zhuǎn)子角速度，其中，d軸電流給定值為0,且在給 定d軸電流處疊加步驟1所述脈振高頻電流信號(hào)；
[0013] 步驟32,利用比例積分-諧振調(diào)節(jié)器對(duì)d軸電流進(jìn)行控制，使估計(jì)d軸電流與步 驟31疊加的脈振高頻電流信號(hào)一致；利用比例積分調(diào)節(jié)器對(duì)估計(jì)q軸電流進(jìn)行控制，使估 計(jì)q軸電流與給定q軸電流一致；
[0014] 步驟33,對(duì)d軸比例積分-諧振調(diào)節(jié)器輸出的電壓和q軸比例積分調(diào)節(jié)器輸出的 電壓分別進(jìn)行Park逆變換，對(duì)Park逆變換后得到的電壓進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，得到三相 逆變器的六路開關(guān)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)；
[0015] 步驟34,檢測(cè)永磁同步電機(jī)三相繞組中的任意兩相電流，對(duì)任意兩相電流依次進(jìn) 行Clarke變換和Park變換后，得到估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)d軸電流和估計(jì)q 軸電流，將估計(jì)d軸電流反饋至d軸電流比例積分-諧振調(diào)節(jié)器的輸入端，估計(jì)q軸電流反 饋至q軸電流比例積分調(diào)節(jié)器的輸入端；
[0016] 步驟35,將估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的估計(jì)q軸電流經(jīng)帶通濾波器選出估計(jì)q 軸電流的高頻響應(yīng)分量，再與余弦信號(hào)cos(uht)相乘進(jìn)行調(diào)制后經(jīng)過低通濾波器濾除交 流分量提取直流分量，得到位置估計(jì)誤差信號(hào)，其中，t為當(dāng)前時(shí)刻；
[0017] 步驟36,將位置估計(jì)誤差信號(hào)作為位置估計(jì)環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器的輸入，得到估計(jì) 轉(zhuǎn)子角速度，對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度進(jìn)行積分得到估計(jì)轉(zhuǎn)子位置，且q軸電流給定值由步驟31 給定轉(zhuǎn)子角速度與估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度的差經(jīng)轉(zhuǎn)速環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器獲得；
[0018] 步驟37,重復(fù)步驟31至步驟36,直至位置估計(jì)誤差信號(hào)等于0。
[0019] 優(yōu)選的，步驟35所述位置估計(jì)誤差信號(hào)f(A0 )的表達(dá)式為：
[0020]
[0021] 其中，為在d軸注入的脈振高頻電流信號(hào)的角頻率，L,為d軸電感，Lq為q軸
為位置估計(jì)誤差。
[0022] 優(yōu)選的，步驟35所述帶通濾波器的型號(hào)為BF3216B2R4DAAT。
[0023] 優(yōu)選的，步驟35所述低通濾波器的型號(hào)為YB21D4-20A-S。
[0024] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0025] 1、本發(fā)明提出了一種新型脈振高頻電流注入法實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子 位置估計(jì)，在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)矢量控制的基礎(chǔ)上對(duì)d軸電流調(diào)節(jié)器添加了諧振調(diào)節(jié)器以 快速跟蹤高頻給定電流信號(hào)，將電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的帶寬設(shè)置在小于所注入的高頻信號(hào)的 頻率處，保證q軸電壓不包含高頻分量。
[0026] 2、本發(fā)明以閉環(huán)方式在d軸注入一個(gè)脈振高頻電流信號(hào)，從q軸電流響應(yīng)的高頻 分量中提取轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差信號(hào)，建立閉環(huán)系統(tǒng)將該誤差信號(hào)調(diào)節(jié)到〇,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置估 計(jì)。由于電機(jī)為感性負(fù)載，q軸電流響應(yīng)是一個(gè)連續(xù)變化量，不產(chǎn)生突變，因此能顯著減小 系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中對(duì)有效信號(hào)的干擾。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)過程的原理框圖。
[0028]圖2是本發(fā)明兩相靜止坐標(biāo)系、實(shí)際兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與估計(jì)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐 標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系不意圖。
[0029] 圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的信號(hào)提取與調(diào)制過程的原理框圖。
[0030]圖4是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)測(cè)得的轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差信號(hào)f(A0)與轉(zhuǎn)子位置估計(jì)誤差A(yù)0的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。
[0031]圖5是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形圖，其 中給定轉(zhuǎn)速為〇.lr/min，約為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000r/min的0. 0033%。
[0032] 圖6是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的給定轉(zhuǎn)速階躍過程 的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)波形圖，其中給定轉(zhuǎn)速從-lOOr/min階躍到100r/min。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種永磁同步電機(jī)低速區(qū)域轉(zhuǎn)子位置估計(jì)方法，具體包 括以下步驟：
[0035] 步驟1，建立坐標(biāo)系關(guān)系圖，如圖2所示，d_q為實(shí)際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，i為估計(jì) 轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，a-0為實(shí)際兩相靜止坐標(biāo)系，并且定義估計(jì)位置誤差= 其中，0為實(shí)際轉(zhuǎn)子位置，^為估計(jì)轉(zhuǎn)子位置，^的初始值為〇。
[0036] 步驟2,如圖1所示，在給定d軸電流id_raf#疊加一個(gè)脈振高頻電流信號(hào) InfcCos(Oht)。其中，Infc為在d軸注入高頻電流的幅值，《h為在d軸注入高頻電流的角頻 率，t表示當(dāng)前時(shí)刻。
[0037] 步驟3,d軸電流環(huán)采用PI-R調(diào)節(jié)器對(duì)估計(jì)d軸