CN102075131A - 同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置 - Google Patents

同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置 Download PDF

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CN102075131A CN201110024269XA CN201110024269A CN102075131A CN 102075131 A CN102075131 A CN 102075131A CN 201110024269X A CN201110024269X A CN 201110024269XA CN 201110024269 A CN201110024269 A CN 201110024269A CN 102075131 A CN102075131 A CN 102075131A
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Abstract

本发明涉及同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法和装置。所述同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法特征在于：在两相工作绕组端部分时段施加固定频率的高频正弦脉振电压，工作绕组产生对应的高频电流；利用带通滤波器同步采集高频电流，利用乘法器、低通滤波器、加法器、坐标旋转变换等环节计算出转子位置角观测误差函数，并将该误差函数值送至PI调节器，从PI输出得到转子位置角的观测值。本发明有利于三相凸极式同步电动机在一相定子绕组开路情况下容错运行时准确观测出转子位置。

Description

同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置
技术领域
本发明涉及同步电动机驱动控制，特别涉及同步电动机转子位置的检测方法和装置。
背景技术
同步电动机分为电励磁同步电动机和永磁同步电动机。通过调节电励磁同步电动机转子励磁电流大小可以实现该电动机定子侧单位功率因数运行，实现电动机高效率运行。永磁同步电动机转子上采用永磁体励磁，不需要单独的励磁绕组，电动机结构紧凑，可以高功率因数、高效率运行。鉴于以上两种电动机运行时的高效率优点，同步电动机无论在地面工业，还是航空航天领域中均获得了广泛应用。例如钢铁厂、水泥厂、煤矿、船舶推进系统等地面工业中大量采用了同步电动机驱动系统，欧洲空中客车公司的A-380飞机和美国波音公司的B-787飞机主电源系统的核心均为同步电机。由于同步电动机这些应用场合的特殊性，要求同步电动机的驱动系统可靠性高。为了解决电动机驱动系统高可靠性运行难题，一般采用两种技术：一是容错运行技术，例如定子绕组一相开路情况时，通过容错技术仍然让电动机继续运行；二是无传感器运行技术，在电动机转轴没有安装转子位置及速度传感器情况下实现电动机的转子速度及位置控制。学者对同步电动机容错拓扑及其控制原理进行了详细研究，对同步电动机正常运行时无传感器控制技术进行了广泛而深入研究，但容错时同步电动机无传感器技术的研究还很少，尤其对同步电动机一相绕组开路容错运行时采用高频信号注入实现低速及零速转子位置观测技术还未见研究过。无论容错时同步电动机采用矢量控制策略，还是直接转矩控制策略，对低速及零速时转子位置准确观测都是必需，而且也是一个难题。 
发明内容
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测新方法，目的是解决三相凸极式同步电动机在一相定子绕组开路情况下容错运行时准确观测出转子位置。
本发明的技术方案是这样构成的：
在两相工作绕组端部分时段施加固定频率的高频正弦脉振电压，工作绕组产生对应的高频电流；利用带通滤波器同步采集高频电流，利用乘法器、低通滤波器、加法器、坐标旋转变换等环节计算出转子位置角观测误差函数，并将该误差函数值送至PI调节器，从PI输出得到转子位置角的观测值。
同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测装置的构造特征为：
交流电压经过二极管整流，再经过2个等容量的电容C滤波成直流电压后，加在控制同步电动机两相绕组电压的两相四开关逆变器上，电动机两相绕组中点O与2个电容中点连接；同步电动机两相绕组电流采样信号连接到中央控制器，母线电压采样信号也连接到中央控制器；中央控制器的输出通过隔离驱动单元连接到两相四开关逆变器。
同步电动机驱动系统采用直接转矩控制策略，则利用观测的转子位置角及电动机电感参数构建定子磁链观测的电流模型，实现直接转矩控制系统的无传感器控制。
同步电动机驱动系统采用矢量控制策略，则利用观测的转子位置角实现静止坐标与同步旋转坐标系之间的变换，实现矢量控制系统的无传感器控制。
本发明方法同现有的加装转子位置传感器测量转子位置角方法及现有的转子位置角观测方法相比较，具有如下优点：
1）利用分时段方法在两相绕组中注入高频脉振电压，依据同步提取的对应频率高频电流观测转子位置角，无需添加任何的辅助硬件电路即可实现同步电动机低速及零速时的转子位置角的准确观测，驱动系统硬件成本没有增加；
2）采用分时段方法在两相绕组中注入高频脉振电压，直接根据同步提取的对应频率高频电流在静止坐标系中观测转子位置角，不需要在同步旋转坐标系中对信号幅值进行解调，算法得到了简化，实时性较好；
3）现有的高频信号注入观测转子位置角针对对象为对称绕组同步电动机，而本发明针对对象为一相绕组开路时同步电动机，定子绕组显然不对称。采用本发明，有效解决了一相绕组开路时同步电动机容错运行时无传感器控制，进一步提高了同步电动机容错驱动系统的可靠性；
4）采用本发明转子位置观测方案，实现了容错时电动机低速及零速时的转子位置角的观测，有效拓展了同步电动机容错运行时的运行速度范围；
5）本发明仅仅根据采样得到的高频脉振电流，在静止坐标系中构建转子位置角的观测模型，没有用到电动机的任何参数，例如定子电阻、定子电感、转子磁链等，所以本发明转子位置角观测方法对电动机参数变化具有极强的鲁棒性。
 附图说明
图1为具有本发明——同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置，在同步电动机一相绕组开路容错驱动控制原理框图。
图2为图1中信号合成单元结构框图。
图3为实施例的具有本发明——同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法及装置，在同步电动机一相绕组开路容错控制硬件结构。
具体实施例
现以电动机C相绕组开路为例，讲述如下。
本发明方法的控制原理框图如图1所示。交流电压经过二极管整流，再经过2个等容量的电容C滤波成直流电压                                                
Figure 569088DEST_PATH_IMAGE001
后，加在控制同步电动机两相绕组电压的两相四开关逆变器上。电动机两相绕组中点O与2个电容中点连接。同步电动机两相绕组电流采样值
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 610862DEST_PATH_IMAGE003
经过低通滤波器滤波后输出基波分量
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE004
、；矢量控制或直接转矩控制算法环节根据输入的电流基波分量
Figure 848126DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 662498DEST_PATH_IMAGE005
及转子位置角
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE006
，计算出定子两相绕组的电压给定初值
Figure 671911DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE008
；若没有转子位置观测环节，
Figure 66508DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 265408DEST_PATH_IMAGE008
直接送给空间电压矢量调制环节，输出功率管开关状态，再通过功率管开关驱动环节控制四个功率开关（
Figure 871970DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 52284DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE012
）的开关动作，从而实现同步电动机一相定子绕组开路时容错运行。转子位置角可以采用位置传感器，例如旋转编码器等测量出来，但由于存在控制器和位置传感器之间的引线，降低了驱动系统的可靠性，另外传感器的存在也增加了驱动系统的成本。为此，本发明针对凸极式同步电动机一相开路容错情况提出一种新型高频脉振电压注入观测转子位置角方法。设置了四个双掷开关
Figure 668259DEST_PATH_IMAGE013
、、
Figure 129328DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE016
，每一双掷开关均有1和2两个位置。四个开关分时段地、同步接通1位置或2位置。高频电压发生器输出高频电压
Figure 746123DEST_PATH_IMAGE017
分两路：第一路经过开关
Figure 925431DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE018
分时输出，通过加法器叠加到相绕组端电压给定上，实现高频脉振电压分时注入到两相定子绕组中；第二路通过积分器输出信号解调基准信号
Figure 384576DEST_PATH_IMAGE019
，加到四个乘法器输入端。两相绕组电流采样值
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE020
、经过带通滤波器输出对应高频注入电压频率的高频脉振电流
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 425530DEST_PATH_IMAGE023
后，再通过双掷开关
Figure 154452DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE024
分时输出
Figure 357900DEST_PATH_IMAGE025
、、、；这四路信号分别与相乘后，再分别送到四个低通滤波器输出经过信号解调以后的直流分量
Figure 892677DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 712865DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE032
；将
Figure 252300DEST_PATH_IMAGE029
、、
Figure 570466DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 178034DEST_PATH_IMAGE032
送到图2所示的信号合成单元输出
Figure 588286DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE034
；将
Figure 888687DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 813917DEST_PATH_IMAGE034
及反馈回来的位置角观测值
Figure 975908DEST_PATH_IMAGE035
送到坐标旋转变换环节，输出与位置角观测误差相关的变量
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE036
；将
Figure 244864DEST_PATH_IMAGE036
送给PI调节器，稳态时输出转子位置角观测值
Figure 466898DEST_PATH_IMAGE035
。将矢量控制或直接转矩控制算法中需要的转子位置角用观测角代替即可实现同步电动机一相绕组开路容错运行时无传感器控制，提高了驱动系统的可靠性。在采用全数字控制的驱动系统中，采用本发明不需要另外添加硬件，即可准确地观测出低速及零速时的转子位置角，实现了同步电动机容错时低速及零速时的无传感器运行，提高了驱动系统运行的可靠性。本发明对三相凸极式电励磁同步电动机和三相凸极式永磁同步电动机均适用。
本发明是在两相定子绕组中分时注入正弦高频脉振电压，同步提取出两相绕组中高频电流
Figure 94374DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 213640DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 403313DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 490086DEST_PATH_IMAGE028
；借助乘法器和低通滤波器解调出含有转子位置角的直流信号、
Figure 295548DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 843073DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 230192DEST_PATH_IMAGE032
；并根据
Figure 537677DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 618153DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 415207DEST_PATH_IMAGE031
、，基于锁相环原理，观测出转子位置角。本发明中任意相邻两个等长时间段简记为
Figure 332851DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE038
。技术特征在于它依次含有以下步骤：
（1）在时间段内，开关
Figure 521572DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 170860DEST_PATH_IMAGE014
接通位置1，在A相绕组中注入高频脉振电压
Figure 36047DEST_PATH_IMAGE017
，，而B相绕组中注入的高频脉振电压为0，其中
Figure 299538DEST_PATH_IMAGE041
为高频脉振电压峰值，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE042
为高频脉振电压电角频率；
（2）在时间段内将两相绕组电流采样值
Figure 316703DEST_PATH_IMAGE020
、分别送到带通滤波器，输出对应频率为的高频脉振电流
Figure 807093DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 798183DEST_PATH_IMAGE023
，其中带通滤波器的中心频率为
Figure 824914DEST_PATH_IMAGE042
，带宽为
Figure 305574DEST_PATH_IMAGE043
；
（3）在时间段
Figure 535698DEST_PATH_IMAGE037
内，开关
Figure 392796DEST_PATH_IMAGE015
、接通位置1，将
Figure 863277DEST_PATH_IMAGE022
、分别送给变量
Figure 493683DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 42476DEST_PATH_IMAGE027
 存储，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE044
，其中
Figure 255152DEST_PATH_IMAGE045
为实际转子位置角，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE046
，，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE048
为主磁通直轴电感，
Figure 845719DEST_PATH_IMAGE049
为主磁通交轴电感，
Figure 186701DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 445644DEST_PATH_IMAGE049
均可以从电机铭牌上获得；
（4）将高频脉振电压
Figure 386925DEST_PATH_IMAGE017
送给积分器，输出脉振基准信号，
Figure 61620DEST_PATH_IMAGE051
；
（5）将
Figure 769026DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 198870DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 112599DEST_PATH_IMAGE027
送到乘法器后，再送到低通滤波器，分别输出直流分量、
Figure 483724DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE052
 ，其中低通滤波器的截止频率为
Figure 943524DEST_PATH_IMAGE053
；
（6）在时间段
Figure 672446DEST_PATH_IMAGE038
内，开关
Figure 688943DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 373871DEST_PATH_IMAGE014
接通位置2，在B相绕组中注入高频脉振电压
Figure 879939DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 33840DEST_PATH_IMAGE040
，而A相绕组中注入的高频脉振电压为0，其中
Figure 916345DEST_PATH_IMAGE041
为高频脉振电压峰值，为高频脉振电压电角频率；
（7）在时间段
Figure 338941DEST_PATH_IMAGE038
内将两相绕组电流采样值
Figure 776875DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 384443DEST_PATH_IMAGE021
分别送到带通滤波器，输出对应频率为的高频脉振电流、
Figure 754747DEST_PATH_IMAGE023
，其中带通滤波器的中心频率为
Figure 979055DEST_PATH_IMAGE042
，带宽为
Figure 243815DEST_PATH_IMAGE043
；
（8）在时间段
Figure 715116DEST_PATH_IMAGE038
内，开关、
Figure 827746DEST_PATH_IMAGE024
接通位置2，将
Figure 9328DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 648601DEST_PATH_IMAGE023
分别送给变量
Figure 486107DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 52218DEST_PATH_IMAGE028
 存储，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE054
；
（9）将
Figure 212941DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 839094DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 413164DEST_PATH_IMAGE028
送到乘法器后，再送到低通滤波器，分别输出直流分量
Figure 517386DEST_PATH_IMAGE030
、，
Figure 595250DEST_PATH_IMAGE055
 ，其中低通滤波器的截止频率为
Figure 204085DEST_PATH_IMAGE053
；
（10）将
Figure 315261DEST_PATH_IMAGE029
、、
Figure 483779DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 517594DEST_PATH_IMAGE032
送到信号合成单元输出
Figure 963619DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 281336DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 357877DEST_PATH_IMAGE057
；
（11）将
Figure 128255DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 315654DEST_PATH_IMAGE034
及反馈回来的位置角观测中间值送给坐标旋转变换环节，输出
Figure 487879DEST_PATH_IMAGE036
，
Figure 797637DEST_PATH_IMAGE059
；
（12）将送至PI调节器，稳态时输出转子位置角观测值，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE060
，其中
Figure 844373DEST_PATH_IMAGE061
为比例系数，，
Figure 511983DEST_PATH_IMAGE063
为积分系数，。
现结合附图对本发明作进一步描述：
     本发明的实施例驱动系统硬件结构如图3所示。包括：整流电路、滤波电容、两相四开关逆变器、一相绕组开路的同步电动机、直流母线电压采集电路、两相绕组电流采集电路、隔离驱动、中央控制器、人机接口。逆变器中功率管采用IGBT或MOFET，中央控制器采用DSP或单片机。绕组电流采集电路采用霍尔电流传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用绕组串功率电阻后接差分运算放大器相结合方式构成。采用霍尔方案可以有效实现控制回路与主回路的电气隔离，采用绕组串功率电阻方案可以降低驱动系统成本。直流母线电压采集电路采用霍尔电压传感器与运算放大器相结合方式构成，也可以采用并联电阻，分压后接由运算放大器构成的电压跟随器相结合方式构成。绕组电流采集电路和母线电压采集电路输出弱电压信号送到中央控制器A/D转换模块。根据取得的信号和本发明的转子位置角观测方法观测出转子位置角，再根据观测的转子位置角、定子两相电流基波分量，由矢量控制算法或直接转矩控制策略计算出应发出的控制信号，经由隔离驱动去控制逆变器中的功率开关管的开关动作。
1、基本原理叙述如下：
       在低速及零速状态，同步电动机转子位置角在很短的采样周期内变化量很小，以致可以忽略，这样可以认为在相邻的两个很短的采样周期内转子位置角不变，这种低速及零速时转子位置角特征为分时段注入高频脉振电压观测转子位置角奠定了基础。考虑相邻的两个等长采样周期
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE066
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE068
。在
Figure 929058DEST_PATH_IMAGE066
内在A相绕组端部注入高频电压
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE070
（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE072
），并同步采样对应频率的高频电流
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE076
（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE078
），显然
Figure 38353DEST_PATH_IMAGE074
、是受转子位置角调幅的高频脉振电流，位置角
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE080
信息隐含在两个电流幅值中；为此，用高频电压经过积分后的基准信号
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE082
（）对
Figure 678785DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 11677DEST_PATH_IMAGE076
调幅信号进行解调得到
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE086
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE088
（），对
Figure 685104DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 957167DEST_PATH_IMAGE076
调幅信号进行解调方法是先将
Figure 224200DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 95204DEST_PATH_IMAGE076
分别乘以基准信号
Figure 951033DEST_PATH_IMAGE082
，然后再通过截止频率为
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE092
的低通滤波器滤波。在
Figure 147659DEST_PATH_IMAGE068
内在B相绕组端部注入高频电压
Figure 823360DEST_PATH_IMAGE070
（
Figure 825951DEST_PATH_IMAGE072
），同步采样对应频率的高频电流
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE094
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE096
（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE098
）；用基准信号对
Figure 575919DEST_PATH_IMAGE094
、
Figure 7424DEST_PATH_IMAGE096
调幅信号进行解调得到
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE100
、（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE104
），解调方法与
Figure 672761DEST_PATH_IMAGE066
内相同。将、
Figure 776032DEST_PATH_IMAGE088
、
Figure 239374DEST_PATH_IMAGE100
、
Figure 521451DEST_PATH_IMAGE102
送到图2所示的信号合成单元输出
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE106
、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE108
（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE110
， 
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE112
），显然待观测的转子位置角
Figure 328083DEST_PATH_IMAGE080
隐含在
Figure 771834DEST_PATH_IMAGE106
、
Figure 988052DEST_PATH_IMAGE108
。将
Figure 57508DEST_PATH_IMAGE106
、
Figure 347675DEST_PATH_IMAGE108
旋转变换到2倍的观测转子位置角
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE114
旋转坐标系中得到、
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE118
（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE120
，
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE122
），显然
Figure 336228DEST_PATH_IMAGE118
分量包括转子位置角观测误差（）信息，在误差较小情况下，当转子位置角观测误差大于0，
Figure 901727DEST_PATH_IMAGE118
大于0，为了消除观测误差，必须增大转子位置角观测值；反之，当转子位置角观测误差小于0，
Figure 732596DEST_PATH_IMAGE118
小于0，为了消除观测误差，必须减小转子位置观测值；当转子位置观测误差等于零时，
Figure 895910DEST_PATH_IMAGE118
等于0，转子位置观测值
Figure 120218DEST_PATH_IMAGE114
等于实际值
Figure 634245DEST_PATH_IMAGE080
。根据上述与转子位置角观测误差关系分析，将送给PI调节器，其输出稳态值作为转子位置角观测值
Figure 218176DEST_PATH_IMAGE114
。当转子位置角观测误差大于0，PI调节器输出增大，
Figure 399759DEST_PATH_IMAGE114
增大向实际值
Figure 792694DEST_PATH_IMAGE080
逼近；当转子位置角观测误差小于0，PI调节器输出减小，
Figure 876538DEST_PATH_IMAGE114
减小向实际值逼近；当转子位置观测误差等于零时，PI调节器输出无误差的转子位置角。注入的高频脉振电压幅值
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE126
可以取电动机额定电压的10%，频率可以取电动机额定电角频率的10~20倍。本发明不需要电动机的任何参数，例如定子电阻、定子电感、转子磁链等，对电动机参数变化鲁棒性很强。
2、工作过程包括如下步骤：
（1）根据矢量控制或直接转矩控制策略算法计算出两相绕组电压初始给定、
Figure DEST_PATH_IMAGE132
；
（2）在时间段
Figure 354159DEST_PATH_IMAGE066
内，开关
Figure DEST_PATH_IMAGE134
、、
Figure DEST_PATH_IMAGE138
、
Figure DEST_PATH_IMAGE140
接通位置1，将高频脉振电压
Figure 538015DEST_PATH_IMAGE070
（
Figure 201110024269X100002DEST_PATH_IMAGE142
）叠加到
Figure 97697DEST_PATH_IMAGE130
，这样
Figure DEST_PATH_IMAGE144
，
Figure DEST_PATH_IMAGE146
，经过空间电压矢量调制环节及隔离驱动环节控制功率管的开关；
（3）在时间段
Figure 378506DEST_PATH_IMAGE066
内将两相绕组电流采样值、
Figure DEST_PATH_IMAGE150
分别送到带通滤波器，输出对应频率为的高频脉振电流
Figure 237877DEST_PATH_IMAGE074
、；
（4）将高频脉振电压
Figure 879260DEST_PATH_IMAGE070
送给积分器，输出高频脉振基准信号
Figure 889941DEST_PATH_IMAGE082
；
（5）将
Figure 65356DEST_PATH_IMAGE082
、
Figure 99171DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 810775DEST_PATH_IMAGE076
送到乘法器后，再送到低通滤波器，分别输出直流分量
Figure 128493DEST_PATH_IMAGE086
、
Figure 267350DEST_PATH_IMAGE088
； 
（6）在时间段
Figure 522882DEST_PATH_IMAGE068
内，开关
Figure 225128DEST_PATH_IMAGE134
、
Figure 210401DEST_PATH_IMAGE136
、
Figure 457843DEST_PATH_IMAGE138
、
Figure 449939DEST_PATH_IMAGE140
接通位置2，将高频脉振电压
Figure 503345DEST_PATH_IMAGE070
（
Figure 280808DEST_PATH_IMAGE142
）叠加到
Figure 951349DEST_PATH_IMAGE132
，这样，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
，经过空间电压矢量调制环节及隔离驱动环节控制功率管的开关；
（7）在时间段
Figure 634003DEST_PATH_IMAGE068
内将两相绕组电流采样值
Figure 225521DEST_PATH_IMAGE148
、分别送到带通滤波器，输出对应频率为
Figure 774631DEST_PATH_IMAGE152
的高频脉振电流、
Figure 74211DEST_PATH_IMAGE096
；
（8）将、
Figure 897997DEST_PATH_IMAGE094
、
Figure 102713DEST_PATH_IMAGE096
送到乘法器后，再送到低通滤波器，分别输出直流分量
Figure 301613DEST_PATH_IMAGE100
、； 
（9）将、、、
Figure 552816DEST_PATH_IMAGE102
送到信号合成单元输出
Figure 654765DEST_PATH_IMAGE106
、
Figure 83341DEST_PATH_IMAGE108
，
Figure DEST_PATH_IMAGE158
，
Figure DEST_PATH_IMAGE160
；
（10）将
Figure 748677DEST_PATH_IMAGE106
、
Figure 126569DEST_PATH_IMAGE108
及反馈回来的位置角观测中间值
Figure DEST_PATH_IMAGE162
送给坐标旋转变换，输出
Figure 664998DEST_PATH_IMAGE118
，
Figure DEST_PATH_IMAGE164
；
（11）将
Figure 255904DEST_PATH_IMAGE118
送至PI调节器，稳态时输出转子位置角观测值
Figure 600297DEST_PATH_IMAGE162
，
Figure DEST_PATH_IMAGE166
。

Claims (4)

1.一种同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法，其特征在于：在两相工作绕组端部分时段施加固定频率的高频正弦脉振电压，工作绕组产生对应的高频电流；利用带通滤波器同步采集高频电流，利用乘法器、低通滤波器、加法器、坐标旋转变换等环节计算出转子位置角观测误差函数，并将该误差函数值送至PI调节器，从PI输出得到转子位置角的观测值。
2.一种同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测装置，其特征在于：交流电压经过二极管整流，再经过2个等容量的电容C滤波成直流电压后，加在控制同步电动机两相绕组电压的两相四开关逆变器上，电动机两相绕组中点O与2个电容中点连接；同步电动机两相绕组电流采样信号连接到中央控制器，母线电压采样信号也连接到中央控制器；中央控制器的输出通过隔离驱动单元连接到两相四开关逆变器。
3.根据权利要求1所述的同步电动机容错运行时低速及零速转子位置观测方法，其特征在于：同步电动机驱动系统采用直接转矩控制策略，则利用观测的转子位置角及电动机电感参数构建定子磁链观测的电流模型，实现直接转矩控制系统的无传感器控制。
4.根据权利要求1所述的同步电动机容错运行时低速及零速
转子位置观测方法，其特征在于：同步电动机驱动系统采用矢量控制策略，则利用观测的转子位置角实现静止坐标与同步旋转坐标系之间的变换，实现矢量控制系统的无传感器控制。
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