CN101714844A - 一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法 - Google Patents

Abstract

一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，属于电机控制领域，本发明为解决现有基于高频信号注入检测转子初始位置的方法存在处理过于复杂、易发生极性误判断、实用性较差等问题。本发明方法始终保持转子处于静止的状态，先在定子绕组注入旋转高频电压信号，检测三相定子电流并变换到两相静止坐标，通过信号处理之后可以得到一个能够反映转子磁极位置信息的误差信号，利用一个PI跟踪器对该误差信号进行调节，从而得到转子磁极位置初判值；然后在定子绕组中注入两个相反方向的脉冲电压矢量，通过检测三相电流，并经过旋转坐标变换，对直轴电流分量的值进行比较，从而判断出磁极极性，最终得到内置式永磁同步电机转子磁极的初始位置角。

Description

一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法

技术领域

本发明涉及一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，属于电机控制领域。

背景技术

近年来，内置式永磁同步电机调速系统逐渐成为交流调速传动领域的研究热点。究其原因，与传统的异步电机相比，内置式永磁同步电机的优点在于：高效节能、功率因数高、功率密度高、过载能力强等，内置式永磁同步电机已成为变频调速电气传动系统的理想选择。按照内置式永磁同步电机转子永磁体结构的不同，可以分为表面式和内置式两种结构，内置式转子磁路结构的永磁体位于转子内部，由于转子磁路结构不对称，通常定子交轴电感大于直轴电感，这种电机结构引起的凸极性将会产生磁阻转矩，如果通过对磁阻转矩进行合理控制，将有助于提高永磁同步电动机的过载能力和功率密度，其应用领域很广泛。

目前，内置式永磁同步电机调速系统实际应用中，通常需要在电机轴端部安装光电编码器、旋转变压器或者霍尔传感器等位置检测元件来获取转子的磁极位置信息，然而位置传感器的安装增加了系统的复杂性、增加了系统成本、降低了可靠性，并且也限制了内置式永磁同步电机的应用场合。因此，研究低成本、强鲁棒性无位置传感器内置式永磁同步电机控制方法，成了交流电机控制技术领域中的研究热点。无位置传感器内置式永磁同步电机控制系统的起动问题是一个比较棘手的问题，因为在矢量控制方式下，所能产生的最大起动转矩取决于所获取转子磁极初始位置角的准确程度，如果初始位置角误差过大，那么将会导致电机带载能力受到限制，甚至出现反转的现象。因此，对于高性能无位置传感器内置式永磁同步电机矢量控制系统，转子磁极初始位置角的准确获取至关重要。

针对无位置传感器内置式永磁同步电机系统，在保持电机静止状态下，获取转子磁极初始位置的方法主要是利用由于转子结构凸极性导致定子绕组直轴和交轴电感值存在差异的特点，通过往定子绕组注入高频电压信号的方法来获取。所注入高频电压信号可以是旋转式或者脉振式信号，其中基于旋转式高频信号更适用于具有凸极性的内置式永磁同步电机。传统最直接的方法是将所产生的高频电流信号进行信号处理分离出负序分量，采用外差法获取含有转子磁极位置误差信息的信号，然后将该误差信号输入到构建的龙贝格观测器中，从而对转子磁极位置进行观测，然而龙贝格观测器需要建立电机的机械状态方程，涉及到电机的转动惯量参数，并且要对负载扰动转矩进行观测，而实际工作场合中很难获得准确的电机参数，因此实用性较差。信号注入法还需要对转子磁极的极性进行判断，用于校正上述方法检测到的磁极位置初判值，传统方法通常是通过设计数字滤波器，提取高频电流中的二次高频正序电流分量信号，经过信号处理来获取含有磁极极性信息的信号，从而判断出转子磁极极性，但是通常获得用于判断转子磁极极性的二次高频正序电流信号的信噪比太低、算法过于复杂、对硬件电路要求高，实现起来比较困难，并且可靠性差、易发生极性误判断，如果发生误判断将会导致位置检测角存在180°左右的误差，结果将会使得矢量控制系统无法实现正常解耦控制。因此，有必要研究一种简单、可靠、实用的内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法。

发明内容

本发明目的是为了解决现有基于高频信号注入的内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法存在的信号处理过于复杂、易发生极性误判断、实用性较差等问题，提供了一种简单、可靠的内置式永磁同步电机无位置传感器转子磁极初始位置检测方法。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤一、采用开环控制，在被测内置式永磁同步电机的定子绕组中注入幅值为U_i、角频率为ω_i的三相对称高频旋转电压矢量信号，获取转子磁极位置初判值θ_e(first)，

步骤二、停止注入三相对称高频旋转电压矢量信号，在内置式永磁同步电机的定子绕组中先后注入两个脉冲电压矢量，所述两个脉冲电压矢量的方向分别为转子磁极位置初判值θ_e(first)方向和θ_e(first)+π方向，

两个方向所注入的脉冲电压矢量的幅值相同、脉宽相等，两个方向注入的脉冲电压矢量的注入时间间隔为3ms～5ms，

在每次注入脉冲电压矢量的同时，采集三相定子绕组中的电流i_a2、i_b2和i_c2，并将所述三相静止坐标系下的三相定子电流i_a2、i_b2和i_c2转换成两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d2和q轴电流i_q2，其中坐标变换角为所注入电压脉冲的矢量角，

步骤三、判断在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入脉冲电压矢量时获得的d轴电流i_d2的绝对值，是否大于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量时获得的d轴电流i_d2的绝对值，

判断结果为是，执行步骤四，判断结果为否，执行步骤五，

步骤四、转子初始位置角

完成转子初始位置辨识，

步骤五、转子初始位置角

完成转子初始位置辨识。

本发明的优点：

本发明采用的注入高频信号获取转子磁极位置初判值的信号处理方法简单、易行；判断转子磁极极性方法可靠、实用；能够保证在辨识过程中，保持电机处于静止的状态；无需安装位置传感器可以对转子的初始位置进行有效地检测；可以广泛地应用到内置式永磁同步电机控制系统中，不需要额外硬件开销，可以获得较满意的初始位置辨识精度。

附图说明

图1是本发明方法流程图，图2是注入高频旋转电压信号获取转子磁极位置初判值的原理框图，图3是注入脉冲电压矢量信号判断转子磁极极性的原理框图，图4是获取转子初始位置角的原理框图，图5是两相同步旋转轴系、两相静止轴系和三相静止轴系的相对关系示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式包括以下步骤：

步骤一、采用开环控制，在被测内置式永磁同步电机的定子绕组中注入幅值为U_i、角频率为ω_i的三相对称高频旋转电压矢量信号，获取转子磁极位置初判值θ_e(first)，具体方法为：

步骤a、初始化转子给定位置角

步骤b、将所述三相对称高频旋转电压矢量信号进行极坐标系到直角坐标系的变换，得到两相静止坐标系下的电压参考量u_α1 ^*和u_β1 ^*，其中

$u_{\mathrm{\β}1}^{*}=U_i\sin {\mathrm{\ω}}_{i}t,$

将所述电压参考量u_α1 ^*和u_β1 ^*作为输入量，采用空间矢量脉宽调制方法控制三相逆变桥输出三相电压给内置式永磁同步电机，

步骤c、采集内置式永磁同步电机输出的三相定子电流i_a1、i_b1和i_c1，将获得的三相静止坐标系下的三相定子电流i_a1、i_b1和i_c1转换成两相静止坐标系下的α轴电流i_α1和β轴电流i_β1，

步骤d、以ω_it为旋转变换角，将两相静止坐标系下的α轴电流i_α1和β轴电流i_β1进行旋转坐标变换，得到两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d1和q轴电流i_q1，将d轴电流i_d1进行带通滤波获得电流i_dn1，将q轴电流i_q1进行带通滤波获得电流i_qn1，然后，以ω_it为旋转变换角，对两相旋转坐标系下的电流i_dn1和i_qn1进行旋转坐标反变换，得到两相静止坐标系下的α轴电流i_αn1和β轴电流i_βn1，将α轴电流i_αn1与

作乘积运算，将β轴电流i_βn1与作乘积运算，把得到的两项乘积结果相加，得到一个误差信号i(Δθ_e)，所述误差信号i(Δθ_e)经PI调节后输出转子初始位置角

步骤e、判断是否满足|i(Δθ_e)|＜ε，其中，ε为误差限制值，

其中，I_αn1为两相静止坐标系下的α轴电流i_αn1的幅值，I_βn1为两相静止坐标系下的β轴电流i_βn1的幅值，

判断结果为是，获得转子磁极位置初判值判断结果为否，返回执行步骤b。

步骤二、停止注入三相对称高频旋转电压矢量信号，在内置式永磁同步电机的定子绕组中先后注入两个脉冲电压矢量，所述两个脉冲电压矢量的方向分别为转子磁极位置初判值θ_e(first)方向和θ_e(first)+π方向，

两个方向所注入的脉冲电压矢量的幅值相同、脉宽相等，两个方向注入的脉冲电压矢量的注入时间间隔为3ms～5ms，

在每次注入脉冲电压矢量的同时，采集三相定子绕组中的电流i_a2、i_b2和i_c2，并将所述三相静止坐标系下的三相定子电流_ia2、i_b2和i_c2转换成两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d2和q轴电流i_q2，其中坐标变换角为所注入电压脉冲的矢量角，

步骤二在内置式永磁同步电机的定子绕组中先后注入两个脉冲电压矢量的过程为：采用脉冲电压矢量发生器形成两相同步旋转坐标系的d轴给定电压u_d2 ^*和q轴给定电压u_q2 ^*，将所述两相同步旋转坐标系的d轴给定电压u_d2 ^*和q轴给定电压u_q2 ^*转换成两相静止坐标系下的电压参考量u_α2 ^*和u_β2 ^*，将所述电压参考量u_α2 ^*和u_β2 ^*作为输入量，采用空间矢量脉宽调制方法控制三相逆变桥输出三相电压给内置式永磁同步电机。

步骤三、判断在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入脉冲电压矢量时获得的d轴电流i_d2的绝对值，是否大于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量时获得的d轴电流i_d2的绝对值，

判断结果为是，执行步骤四，判断结果为否，执行步骤五，

步骤四、转子初始位置角

完成转子初始位置辨识，

步骤五、转子初始位置角

完成转子初始位置辨识。

注明事项：本发明中提及的所有角度均为电角度。

内置式永磁同步电机系统可以模仿直流电机的控制方法对内置式永磁同步电机进行控制。在内置式永磁同步电机的转子位置可知的情况下，借助坐标变换，可以转换成等效直流电机来控制。电机转子初始位置角

的准确程度对于起动带载能力有重要的影响，本发明提出的方法就是解决获得内置式永磁同步电机转子初始位置角的问题。

永磁同步电动机是交流同步电机调速系统的主要环节，参见图5所示，取转子永磁体基波励磁磁场轴线为d轴，q轴顺着旋转方向超前d轴90度，d-q轴系随同转子以角速度ω_r一道旋转，它的空间坐标以d轴与参考轴A相轴间的角度

来表示，规定A相所在轴——参考轴A相轴为零度。则转子初始位置角

为初始时的转子磁场与参考轴A相轴之间的夹角。参考轴A相轴与两相静止坐标系下的α轴重合，β轴顺着旋转方向超前α轴90度。

本发明分两大部分确定转子初始位置角

第一部分如步骤一所述，获得转子磁极位置初判值θ_e(firt)，第二部分如步骤二至步骤三所述，判断出转子磁极的极性，进而获得转子初始位置角

为步骤四或步骤五所述的结论。下面进行详细说明：

第一部分进行三相对称高频旋转电压矢量信号注入，参见图2所示，在定子绕组中注入三相对称高频旋转电压矢量信号，通过检测三相定子电流，对三相定子电流变换到两相静止坐标系，然后经过信号处理，得到含有磁极位置误差信息的误差信号，从而获得转子磁极位置角的初判值θ_e(first)。

如果电机在一个极距内只有一个空间凸极，则在两相静止坐标系下，电机定子电感矩阵可以表示为：

$L_{\mathrm{\α\β}}=\left[\begin{array}{cc}{L}_{\mathrm{\α}}& L_{\mathrm{\α\β}}\\ L_{\mathrm{\β\α}}& L_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}L-\mathrm{\Δ}L\cos \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)& -\mathrm{\Δ}L\sin \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)\\ -\mathrm{\Δ}L\sin \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)& L+\mathrm{\Δ}L\cos \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中L_α为α轴电感，L_β为β轴电感，L_βαα轴和β轴互感，可以看出电感值为转子位置角的三角函数；

为均值电感，

为差值电感，L_d和L_q分别为直轴电感和交轴电感。

由软件程序产生所注入三相对称高频旋转电压矢量信号的电压参考值，高频电压矢量的给定幅值为U_i，给定旋转频率为ω_i，通过软件计数器进行定时控制，可以得到高频旋转电压矢量角ω_it，将给定电压矢量幅值U_i和矢量角ω_it从极坐标系变换到直角坐标系，可以得到两相静止坐标系下的电压参考值，分别为和

由于内置式永磁同步电机具有凸极性，注入比较小幅值的高频电压就可以实现对转子磁极位置角进行辨识，所产生的高频转矩不足以让电机发生转动，因此可以保证电机在辨识过程中处于静止状态。

将所述电压参考量u_α1 ^*和u_β1 ^*作为输入量，采用空间矢量脉宽调制方法控制三相逆变桥输出三相电压给内置式永磁同步电机，实现往内置式永磁同步电机定子绕组注入三相对称高频电压信号，电压矢量将会在电机内产生旋转磁场，从而产生高频定子电流。

电流检测环节通过电流传感器检测电机定子电流，采样得到的为三相定子电流i_a1、i_b1和i_c1，也可以只检测其中的两相，根据三相电流瞬时值和为0计算出第三相电流。然后按公式(2)进行三相静止到两相静止坐标系变换：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}1}\\ i_{\mathrm{\β}1}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{a1}\\ i_{b1}\\ i_{c1}\end{array}\right]---\left(2\right)$

由于内置式永磁同步电机转子结构具有凸极性，所注入的高频电压将会在定子绕组上激励出含有磁极位置角信息的高频电流分量，高频电流在两相静止坐标系下的表达式为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}1}\\ i_{\mathrm{\β}1}\end{array}\right]=\frac{U_i}{{\mathrm{\ω}}_i}{\left[\begin{array}{cc}L-\mathrm{\Δ}L\cos \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)& -\mathrm{\Δ}L\sin \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)\\ -\mathrm{\Δ}L\sin \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)& L+\mathrm{\Δ}L\cos \left({2\mathrm{\θ}}_e\right)\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\\ -\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)\end{array}\right]---\left(3\right)$

经过化简可以得到：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}1}\\ i_{\mathrm{\β}1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{I}_{p1}\sin \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)+I_{n1}\sin ({2\mathrm{\θ}}_e-{\mathrm{\ω}}_{i}t)\\ -I_{p1}\cos \left({\mathrm{\ω}}_{i}t\right)-I_{n1}\cos ({2\mathrm{\θ}}_e-{\mathrm{\ω}}_{i}t)\end{array}\right]---\left(4\right)$

式中I_p1和I_n1分别为高频电流正、负序分量的幅值，其中

$I_{n1}=\frac{U_i\mathrm{\ΔL}}{{\mathrm{\ω}}_i(L^2-{\mathrm{\ΔL}}^2)}.$

所产生的高频电流中含有转子磁极位置信息，通过转子磁极位置辨识环节对定子电流进行信号处理可以得到转子磁极位置初判值，所检测到的位置为转子磁极的N极或者S极的位置，具体信号处理过程如下：

先以ω_it为旋转变换角，对采集到的α轴电流i_α1和β轴电流i_β1进行旋转坐标变换，得到两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d1和q轴电流i_q1，变换公式如式(5)所示：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d1}\\ i_{q1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\ω}}_{i}t& \sin {\mathrm{\ω}}_{i}t\\ -\sin {\mathrm{\ω}}_{i}t& \cos {\mathrm{\ω}}_{i}t\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}1}\\ i_{\mathrm{\β}1}\end{array}\right]---\left(5\right)$

再将两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d1和q轴电流i_q1分别进行带通滤波后，得到只含有转子磁极位置信息的电流信号i_dn1和i_qn1，接着以ω_it为旋转变换角，对两相旋转坐标系下的电流i_dn1和i_qn1进行旋转坐标反变换，得到两相静止坐标系下的α轴电流i_αn1和β轴电流i_βn1，变换公式如式(6)所示：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\αn}1}\\ i_{\mathrm{\βn}1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\ω}}_{i}t& -\sin {\mathrm{\ω}}_{i}t\\ \sin {\mathrm{\ω}}_{i}t& \cos {\mathrm{\ω}}_{i}t\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{dn}1}\\ i_{\mathrm{qn}1}\end{array}\right]---\left(6\right)$

将得到的电流i_αn1与

作乘积运算，β轴电流i_βn1与作乘积运算，把两项乘积结果相加，得到一个含有转子磁极位置信息的误差信号i(Δθ_e)，表达式为：

$i\left({\mathrm{\Δ\θ}}_e\right)=-i_{\mathrm{\αn}1}\·\cos (2{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{e1}-{\mathrm{\ω}}_{i}t)-i_{\mathrm{\βn}1}\·\sin (2{\widehat{\mathrm{\θ}}}_{e1}-{\mathrm{\ω}}_{i}t)=I_{n1}\sin \left(2({\widehat{\mathrm{\θ}}}_{e1}-{\mathrm{\θ}}_e)\right)---\left(7\right)$

在磁极位置辨识误差比较小的情况下，i(Δθ_e)可以近似等效与Δθ_e成正比，将i(Δθ_e)作为误差量进行PI调节，经过比例和积分调节输出为转子磁极位置的辨识值，通过进行PI调节将误差信号i(Δθ_e)调节到小于误差限制值ε的时候，辨识值也将收敛到转子磁极的实际位置，将此时输出的

赋值给θ_e(first)，获得转子磁极位置初判值

此时，θ_e(first)指示的磁极可能是N极，也可能是S极，即转子初始位置角初判值θ_e(first)指示的方向与转子磁场实际的指示方向可能相同，也可能正好相反，相差180度，基于存在上述两种情况，所以，第二部分将具体判断转子磁极的极性。

当用于调整磁极位置辨识误差的PI调节输出达到稳定之后，即|i(Δθ_e)|＜ε，停止注入高频旋转电压矢量信号。

在转子磁极位置初判值θ_e(first)和θ_e(first)+π两个方向分别先后注入脉冲电压矢量，因为励磁磁场方向与转子磁极方向在一条直线上，不会产生转矩，因此，电机仍然处于静止状态，不会发生转动。

所述两个脉冲电压矢量的幅值相同、脉宽相等，为了保证在施加第二个脉冲之前第一个脉冲激励产生的电流已经下降到0，两个脉冲电压矢量的注入时间间隔应大于3ms，本实施方式中选择3ms～5ms。

采用脉冲电压矢量发生器形成两相同步旋转坐标系的d轴给定电压u_d2 ^*和q轴给定电压u_q2 ^*，将所述两相同步旋转坐标系的d轴给定电压u_d2 ^*和q轴给定电压u_q2 ^*转换成两相静止坐标系下的电压参考量u_α2 ^*和u_β2 ^*，根据电压参考量u_α2 ^*和u_β2 ^*输入量，采用空间矢量脉宽调制方法控制三相逆变桥输出三相电压给内置式永磁同步电机，所述三相静止坐标变换成两相同步旋转坐标按公式(8)进行：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{d2}\\ i_{q2}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_e& \cos ({\mathrm{\θ}}_e-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& \cos ({\mathrm{\θ}}_e+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\\ -{\sin \mathrm{\θ}}_e& -\sin ({\mathrm{\θ}}_e-\frac{2}{3}\mathrm{\π})& -\sin ({\mathrm{\θ}}_e+\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{a2}\\ i_{b2}\\ i_{c2}\end{array}\right]---\left(8\right)$

公式(8)中的转子给定位置角θ_e分别取θ_e(first)和θ_e(first)+π。

根据定子铁芯的非线性磁饱和特性，可以通过判断d轴电流的变化率来反映定子铁芯的磁饱和情况，定子绕组中顺磁方向的电流要比逆磁方向的电流的绝对值大，当所施加的电压方向和转子N极方向一致时，定子绕组中的电流达到最大值，根据这个规则来判断转子磁极的极性。

坐标变换后获取的d轴电流i_d2用于判断转子磁极的极性，当在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入的脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2绝对值大于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2，表明θ_e(first)方向施加的电压方向是顺磁的，θ_e(first)指示的磁极是N极，则转子初始位置角

反之，在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入的脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2绝对值小于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2，表明θ_e(first)方向施加的电压方向是逆磁的，θ_e(first)指示的磁极是S极，则转子初始位置角

在具体实现时，采用位置补偿发生器进行位置校正，参见图4所示，位置补偿发生器根据位置补偿标识P_sign的值来产生对θ_e(first)进行校正的位置补偿值

当在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入的脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2绝对值大于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2时，输出位置补偿标识P_sign＝0，则位置补偿值转子初始位置角

当在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入的脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2 ^*绝对值小于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量获得的d轴电流i_d2时，输出位置补偿标识P_sign＝1，则位置补偿值

转子初始位置角

采用本发明技术方案，可以对具有凸极性的内置式永磁同步电机的转子初始位置进行辨识。

具体实施方式二、本实施方式与实施方式一的不同之处在于，所述三相对称高频旋转电压矢量信号的角频率ω_i为500Hz～2kHz，所述高频电压矢量信号的幅值U_i为被测内置式永磁同步电机的额定电压的5％～30％，其它与实施方式一相同。

所注入高频旋转电压信号的频率远大于内置式永磁同步电机的额定运行频率。

具体实施方式三、本实施方式与实施方式一的不同之处在于，步骤二中所述两个方向注入的脉冲电压矢量的幅值为内置式永磁同步电机额定电压值的20％～70％，两个方向注入的脉冲电压矢量的脉宽为700μs～900μs，其它与实施方式一相同。

Claims (5)

1.一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用开环控制，在被测内置式永磁同步电机的定子绕组中注入幅值为U_i、角频率为ω_i的三相对称高频旋转电压矢量信号，获取转子磁极位置初判值θ_e(first)，

步骤二、停止注入三相对称高频旋转电压矢量信号，在内置式永磁同步电机的定子绕组中先后注入两个脉冲电压矢量，所述两个脉冲电压矢量的方向分别为转子磁极位置初判值θ_e(first)方向和θ_e(first)+π方向，

两个方向所注入的脉冲电压矢量的幅值相同、脉宽相等，两个方向注入的脉冲电压矢量的注入时间间隔为3ms～5ms，

在每次注入脉冲电压矢量的同时，采集三相定子绕组中的电流i_a2、i_b2和i_c2，并将所述三相静止坐标系下的三相定子电流i_a2、i_b2和i_c2转换成两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d2和q轴电流i_q2，其中坐标变换角为所注入电压脉冲的矢量角，

步骤三、判断在转子磁极位置初判值θ_e(first)方向注入脉冲电压矢量时获得的d轴电流i_d2的绝对值，是否大于在转子磁极位置初判值θ_e(first)+π方向注入脉冲电压矢量时获得的d轴电流i_d2的绝对值，

判断结果为是，执行步骤四，判断结果为否，执行步骤五，

步骤四、转子初始位置角

完成转子初始位置辨识，

步骤五、转子初始位置角

完成转子初始位置辨识。

2.根据权利要求1所述的一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，其特征在于，步骤一所述的获取转子磁极位置初判值θ_e(first)的方法的过程为：

步骤a、初始化转子给定位置角 ${\widehat{\mathrm{\θ}}}_{e1}=0,$

步骤b、将所述三相对称高频旋转电压矢量信号进行极坐标系到直角坐标系的变换，得到两相静止坐标系下的电压参考量u_α1 ^*和u_β1 ^*，其中 $u_{\mathrm{\α}1}^{*}=U_i\cos {\mathrm{\ω}}_{i}t,$

$u_{\mathrm{\β}1}^{*}=U_i\sin {\mathrm{\ω}}_{i}t,$

将所述电压参考量u_α1 ^*和u_β1 ^*作为输入量，采用空间矢量脉宽调制方法控制三相逆变桥输出三相电压给内置式永磁同步电机，

步骤c、采集内置式永磁同步电机输出的三相定子电流i_a1、i_b1和i_c1，将获得的三相静止坐标系下的三相定子电流i_a1、i_b1和i_c1转换成两相静止坐标系下的α轴电流i_α1和β轴电流i_β1，

步骤d、以ω_it为旋转变换角，将两相静止坐标系下的α轴电流i_α1和β轴电流i_β1进行旋转坐标变换，得到两相同步旋转坐标系下的d轴电流i_d1和q轴电流i_q1，将d轴电流i_d1进行带通滤波获得电流i_dn1，将q轴电流i_q1进行带通滤波获得电流i_qn1，然后，以ω_it为旋转变换角，对两相旋转坐标系下的电流i_dn1和i_qn1进行旋转坐标反变换，得到两相静止坐标系下的α轴电流i_αn1和β轴电流i_βn1，将α轴电流i_αn1与

作乘积运算，将β轴电流i_βn1与作乘积运算，把得到的两项乘积结果相加，得到一个误差信号i(Δθ_e)，所述误差信号i(Δθ_e)经PI调节后输出转子给定位置角

步骤e、判断是否满足|i(Δθ_e)|＜ε，其中，ε为误差限制值，

其中，I_αn1为两相静止坐标系下的α轴电流i_αn1的幅值，I_βn1为两相静止坐标系下的β轴电流i_βn1的幅值，

判断结果为是，获得转子磁极位置初判值

判断结果为否，返回执行步骤b。

3.根据权利要求1所述的一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，其特征在于，步骤二在内置式永磁同步电机的定子绕组中先后注入两个脉冲电压矢量的过程为：

采用脉冲电压矢量发生器形成两相同步旋转坐标系的d轴给定电压u_d2 ^*和q轴给定电压u_q2 ^*，将所述两相同步旋转坐标系的d轴给定电压u_d2 ^*和q轴给定电压u_q2 ^*转换成两相静止坐标系下的电压参考量u_α2 ^*和u_β2 ^*，将所述电压参考量u_α2 ^*和u_β2 ^*作为输入量，采用空间矢量脉宽调制方法控制三相逆变桥输出三相电压给内置式永磁同步电机。

4.根据权利要求1所述的一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，其特征在于，所述三相对称高频旋转电压矢量信号的角频率ω_i为500Hz～2kHz，所述三相对称高频旋转电压矢量信号的幅值U_i为被测内置式永磁同步电机的额定电压的5％～30％。

5.根据权利要求1所述的一种内置式永磁同步电机转子磁极初始位置检测方法，其特征在于，步骤二中所述两个方向注入的脉冲电压矢量的幅值为内置式永磁同步电机额定电压值的20％～70％，两个方向注入的脉冲电压矢量的脉宽为700μs～900μs。

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