基于高頻信號注入的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于高頻信號注入的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子 位置檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)憑借其體積重量小、功率因素高、控制性能好等優(yōu)點得到了廣泛的 工業(yè)應(yīng)用。在其控制過程中需要獲取準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置信息，常采用機(jī)械式傳感器獲得，如光 電編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。但這增加了系統(tǒng)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(xué)者對永磁同步電機(jī)無位置傳感器控 制技術(shù)展開了研究。
[0003] J.H.Jang,S.K.Sul,J.I.Ha,αSensorlessDriveofSurface-Mounted Permanent-MagnetMotorbyHigh-FrequencySignalInjectionBasedonMagnetic SaliencyIEEETransactionsonIndustryApplications,vol.39,no.4,pp.l031-1039，2003 .在d軸注入脈振高頻電壓信號，對q軸電流進(jìn)行帶通濾波得到高頻響應(yīng)分量，再 用一個同頻率的正弦調(diào)制信號與其相乘，最后經(jīng)過低通濾波得到位置估計誤差信號，構(gòu)建 閉環(huán)將該誤差信號調(diào)節(jié)到零實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(shù)學(xué)報，2012，7(27): 139-145.對上述方法 進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)該方法系統(tǒng)的穩(wěn)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(yīng)中提取位置估計誤差信號，構(gòu)建閉環(huán)實現(xiàn) 轉(zhuǎn)子位置估計。但該方法對電流調(diào)節(jié)器的性能要求很高，采用常規(guī)PI控制器難以獲得預(yù)期 性會κ·Μ·Wang，Χ·Μ·Zhao，Z.Guo，"AnalysisandImprovementofPulsatingCurrent InjectionBasedSensorlessControlofPermanentMagnetSynchronousMotor,"in 17thInternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems(ICEMS), Oct.22-25,2014.詳細(xì)分析了脈振高頻電流注入法受電流調(diào)節(jié)器性能的影響，指出常規(guī)的 PI電流調(diào)節(jié)器用在電流注入法中會產(chǎn)生一定的位置估計誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】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(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方法，實現(xiàn)了準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置估計。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0006] 基于高頻信號注入的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方法，包含以下具體步驟：
[0007] 步驟1)，定義d_q為實際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、J-I為估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、α_β 為實際兩相靜止坐標(biāo)系，并且定義估計位置誤差，其中，Θ為實際轉(zhuǎn)子初始位置，吝 為位置估計值，#的初始值為〇;
[0008] 步驟2 )，在估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)i- $坐標(biāo)系的d軸注入高頻余弦電壓 I= cos(?,/)，其中，Uhm為在d軸注入高頻電壓的幅值，ωh為注入高頻電壓的角頻率，t 表示當(dāng)前時刻；
[0009] 步驟3)，對估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓信號進(jìn)行Park逆變換，得到兩 相靜止α-β坐標(biāo)系下的電壓信號ua和Ue，再采用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM得到三相逆變器的 六路開關(guān)信號，驅(qū)動表貼式永磁同步電機(jī)SPMSM;
[0010] 步驟4)，檢測電機(jī)三相繞組A/B/C中的任意兩相電流，先進(jìn)行Clarke變換得到兩相 靜止α-β坐標(biāo)系下的電流信號ia和ie，再經(jīng)過Park變換得到估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的d 軸電流響應(yīng)信號?,和q軸電流響應(yīng)信號ζ;
[0011] 步驟5 )，將估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸和q軸電流響應(yīng)信號ζ和&都經(jīng)過帶通 濾波器選出頻率為ωh的交流分量，即電流響應(yīng)的高頻分量&和^，將兩者相乘進(jìn)行調(diào)制， 得到直流分量和頻率為2ωh的交流分量，最后經(jīng)過低通濾波器濾除交流分量，提取直流分 量，得到估計位置偏差信號f( Α Θ);
[0012] 步驟6)，構(gòu)建位置偏差閉環(huán)，將估計位置偏差信號?·(ΔΘ)作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，估 計轉(zhuǎn)子角速度?為PI調(diào)節(jié)器的輸出，對估計轉(zhuǎn)子角速度?積分得到估計的轉(zhuǎn)子位置i;
[0013] 步驟7)，將給定轉(zhuǎn)子角速度coref和估計轉(zhuǎn)子角速度?的差值輸入速度調(diào)節(jié)器，其 輸出為q軸電流給定值iq_rrf，將d軸電流給定值i 設(shè)為0 ;
[0014] 步驟8)，分別將d軸和q軸給定電流id_rrf和iq_rrf與估計d軸和q軸電流響應(yīng)信號&和 匕的差值輸入電流調(diào)節(jié)器，其輸出分別為d軸和q軸電壓_毛.和屺
[0015] 步驟9)，重復(fù)步驟2)到步驟8)，直到估計位置偏差信號收斂到0,得到轉(zhuǎn)子位置的 估計值。
[0016] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0017] 本發(fā)明是在估計的d軸注入脈振高頻電壓信號，提出一種新的位置誤差信號調(diào)制 方式，將d軸和q軸電流響應(yīng)的高頻分量相乘再采用低通濾波得到誤差信號，該調(diào)制方式與 現(xiàn)有的僅對q軸電流響應(yīng)進(jìn)行調(diào)制的方式相比，不需根據(jù)系統(tǒng)的阻抗確定調(diào)制信號的相位， 一定程度上減小了高頻信號注入法對系統(tǒng)參數(shù)的依賴性。
【附圖說明】
[0018] 圖1為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置估計過程的原理框圖；
[0019] 圖2為兩相靜止坐標(biāo)系、實際兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與估計兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 相對關(guān)系不意圖；
[0020] 圖3為轉(zhuǎn)子位置估計的信號提取與調(diào)制過程的原理框圖；
[0021] 圖4為位置估計誤差信號與位置估計誤差關(guān)系曲線的仿真結(jié)果；
[0022] 圖5為給定轉(zhuǎn)速60r/min穩(wěn)定運(yùn)行時實際轉(zhuǎn)子位置的仿真波形；
[0023] 圖6為給定轉(zhuǎn)速60r/min穩(wěn)定運(yùn)行時估計轉(zhuǎn)子位置的仿真波形。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于高頻信號注入的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測方 法，具體包括以下步驟：
[0026] 步驟1)，建立坐標(biāo)系關(guān)系圖，如圖2所示，d_q為實際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，J-$為估計 轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，α_β為實際兩相靜止坐標(biāo)系，并且定義估計位置誤差，其中，Θ 為實際轉(zhuǎn)子初始位置，4為位置估計值，^的初始值為〇;
[0027] 步驟2 )，在估計轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)Jj坐標(biāo)系的d軸注入高頻余弦電壓 4aC0S(fiV)，其中，Uhm為在d軸注入高頻電壓