CN103516281B - 永磁同步电机带速重新投入的控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种永磁同步电机带速重新投入的控制方法、装置及系统，由拖车速度获得PMSM的反电势。将反电势与逆变器侧的电压进行比较，如果反电势高于逆变器侧的电压则不允许PMSM带速重投，反之允许PMSM带速重投。PMSM带速重投即将隔离接触器闭合，禁止PMSM带速重投即将隔离接触器断开。因此，本发明根据ω_e的大小，分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角，不同工况对应不同的转子位置角，由转子位置角启动PMSM。从系统角度出发提出了全面控制方法，在PMSM高速段禁止带速重投，中高速段采用一次短路法计算转子位置角来确定重投点位置，低速段采用INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。

Description

永磁同步电机带速重新投入的控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机带速重新投入的控制方法、装置及系统。

背景技术

永磁同步电机（PMSM，Permanent Magnet Synchronous Motor）传动系统是指以PMSM为控制对象，通过调频调压方式控制永磁同步电机的转速和转矩的一种新型传动系统。相对于传动的以异步电机为控制系统的交流传动系统而言，PMSM传动系统有着结构简单、功率密度大，低速输出扭矩大，效率高，维护方便等一系列交流电机无法媲美的优势，正逐渐取代异步电机交流传动系统，成为未来的主流。

参见图1，该图为现有技术中的PMSM传动系统示意图。

轨道交通永磁牵引系统主要可以包括控制单元100、逆变器200、隔离接触器300和永磁同步电机400。

其中，控制单元100主要用于控制逆变器200的运行，发送PWM脉冲信号以控制逆变器200中各个管子的开关状态，使逆变器200输出需要的电压为永磁同步电机400提供电源；

其中隔离接触器300连接于逆变器200和永磁同步电机400之间；控制单元100还用于控制隔离接触器的开关状态，以控制逆变器200和永磁同步电机400之间的连接关系。

PMSM400采用永磁体励磁，PMSM400只要旋转就会在电机端产生反电势，利用公式表示如下：

E₀=ω_eψ_f    （1）

其中，E₀为PMSM400反电动势；ω_e为PMSM400转子电角速度；ψ_f为永磁体磁链。

从公式（1）可以看出反动势E₀幅值与转子转速ω_e成严格的正比关系。

因此，当PMSM400高速旋转时反电动势将有可能比逆变器200直流侧电压还要高，如果PMSM400空转且在PMSM400端与逆变器400之间没有隔离接触器300断开而是直接导通，则逆变器400的电容将全部承受PMSM400旋转产生的超高反电动势，给逆变器400的电容带来损坏风险。

当逆变器400有故障发生时，如果逆变器400依然被连接到带电压的PMSM400端，则有可能给逆变器400带来二次损害。所以在轨道交通及其他的一些工业应用领域都会在PMSM400与逆变器400之间加装隔离接触器300。

带速度重新投入指的是在PMSM400带速运转的情况下，将逆变器400投入，即隔离接触器300闭合，将逆变器400与PMSM400进行连接。

永磁同步电机的矢量控制一般通过检测或估计电机转子磁通的位置及幅值来控制定子电流或电压，它的转子磁通位置与转子机械位置相同，故通过检测转子电流的实际位置就可以得出转子的磁通位置，相比异步电机的矢量控制简单一些，在目前对转子位置的测量中，一般采用机械位置传感器，但是该方法成本高，增大了电机的体积，使得电机的抗干扰性降低，同时受温度，振动等环境条件的限制较大，不利于电机的广泛应用，因此对于无位置传感器的研究成了永磁同步电机传动系统的一个热点。对于无位置传感器的研究一般采用直接计算、观测器基础上的估算方法、模型参考自适应、人工智能等方法。

无论上面的哪种方法都是在电机正常运转起来之后即闭环控制建立起来之后的某种位置估算方案。而带速度重新投入的关键是在电机稳定闭环控制还没有建立起来之前就必须检测或计算出投入点的永磁同步电机转子位置与速度，这样才能保证电机投入后闭环控制系统能迅速、稳定的建立起来。

并且，以上所有方法没有一个是从系统角度考虑问题，也没有考虑重投时隔离接触器的投入逻辑。无法保证永磁同步电机投入后闭合控制系统的稳定运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机带速重新投入的控制方法，能够保证永磁同步电机投入后闭合控制系统的稳定运行。

本发明实施例提供一种永磁同步电机带速重新投入的控制方法，包括以下步骤：

判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；

如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；

如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则继续判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；

如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速，则控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；

如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机。

优选地，所述控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角，具体为：

施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短路状态；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right))\\ \frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right)\end{array}\right]$

其中，T_sh为永磁同步电机处于短路状态的持续时间；L_d、L_q分别为直轴同步电感和交轴同步电感；φ_f为永磁体磁链；i_d、i_q分别是定子电流在d轴和q轴上的分量，分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在α-β静止坐标系下分解为i_α、i_β，定义为在α-β静止坐标系的角度；

${\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}={\tan }^{-1}\left(\frac{i_{\mathrm{\α}}}{i_{\mathrm{\β}}}\right)$

所述三相电流最高幅值在dq坐标系的角度为

所述转子位置角为： ${\mathrm{\θ}}_e={\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{dp}}}-{\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}.$

优选地，所述给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的A相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

优选地，所述由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，具体为：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e=\frac{\arg \left(f\right)-\mathrm{\π}}{2}$

其中，f为三相电流偏差的空间矢量形式；

$f\left({\mathrm{\Δi}}_s\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}[{\mathrm{\Δi}}_A+{\mathrm{\Δi}}_B{e}_e^{j\left(\frac{2\mathrm{\π}}{3}\right)}+{\mathrm{\Δi}}_C{e}_e^{j\left(\frac{4\mathrm{\π}}{3}\right)}]$

其中， ${\mathrm{\Δi}}_A=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2{\mathrm{\θ}}_e]\mathrm{\Δt};$

$\mathrm{\Δ}{i}_B=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2({\mathrm{\θ}}_e-4\mathrm{\π}/3)]\mathrm{\Δt};$

${\mathrm{\Δi}}_C=\frac{|{\stackrel{\→}{u}}_s|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2({\mathrm{\θ}}_e-2\mathrm{\π}/3)]\mathrm{\Δt}.$

优选地，所述永磁同步电机的反电势由以下公式计算：

E₀=ω_eψ_f

其中，E₀为永磁同步电机反电动势；ω_e为永磁同步电机转子电角速度；ψ_f为永磁体磁链。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机带速重新投入的控制装置，包括：电压判断单元、隔离接触器控制单元、转子转速判断单元、中高速时转子位置角获得单元和低速时转子位置角获得单元；

所述电压判断单元，用于判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；

所述隔离接触器控制单元，当所述电压判断单元判断永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；

所述转子转速判断单元，当所述电压判断单元判断所述永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，用于判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；

所述中高速时转子位置角获得单元，当所述转子转速判断单元判断永磁同步电机的转子转速大于预定转速时，用于控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；

所述低速时转子位置角获得单元，当所述转子转速判断单元判断永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，用于给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机。

优选地，所述中高速时转子位置角获得单元包括：

电机短路控制子单元，用于施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短路状态；

电机短路电流在α-β静止坐标系的角度获得子单元，用于由以下公式获得电流在α-β静止坐标系的角度；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left(\mathrm{\ω}{T}_{\mathrm{sh}}\right))\\ \frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left(\mathrm{\ω}{T}_{\mathrm{sh}}\right)\end{array}\right]$

其中，T_sh为永磁同步电机处于短路状态的持续时间；L_d、L_q分别为直轴同步电感和交轴同步电感；φ_f为永磁体磁链；i_d、i_q分别是定子电流在d轴和q轴上的分量，分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在α-β静止坐标系下分解为i_α、i_β，定义为在α-β静止坐标系的角度；

${\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}={\tan }^{-1}\left(\frac{i_{\mathrm{\α}}}{i_{\mathrm{\β}}}\right)$

电机短路电流在dq坐标系的角度获得子单元，用于由以下公式获得电流在dq坐标系的角度；

转子位置角第一获得单元，用于由以下公式获得转子位置角 ${\mathrm{\θ}}_e={\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{dp}}}-{\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}.$

优选地，所述低速时转子位置角获得单元包括：电压空间矢量施加子单元、三相电流获得子单元和驱动脉冲封锁子单元；

所述电压空间矢量施加子单元，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段；所述三相电流获得子单元，用于获得永磁同步电机的A相电流；所述驱动脉冲封锁子单元，用于封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；所述驱动脉冲封锁子单元，用于封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机带速重新投入的控制系统，包括：控制单元、永磁同步电机、逆变器和隔离接触器；

所述控制单元，用于控制隔离接触器的导通状态；所述隔离接触器连接在所述逆变器和所述永磁同步电机之间；

所述控制单元，还用于输出驱动脉冲，以控制逆变器中管子的开关状态；

所述控制单元，还用于判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则继续判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速，则控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机。

优选地，所述控制单元给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的A相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

从系统的角度出发，由拖车速度获得PMSM的ω_e。从而获得PMSM的反电势。将反电势与逆变器侧的电压进行比较，如果反电势高于逆变器侧的电压则不允许PMSM带速重投，反之允许PMSM带速重投。PMSM带速重投即将隔离接触器闭合，禁止PMSM带速重投即将隔离接触器断开。但是PMSM带速重投需要知道转子位置角。因此，本发明根据ω_e的大小，分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角，不同工况对应不同的转子位置角，由转子位置角启动PMSM。本发明提供的方法从系统角度出发提出了全面控制方法，在PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电势太大），中高速段采用一次短路法计算转子位置角来确定重投点位置，低速段采用INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的PMSM传动系统示意图；

图2是永磁同步电机电压相量图；

图3是本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的控制方法实施例一流程图；

图4是本发明提供的中高速段时的一次短路法流程图；

图5是本发明提供的不同坐标系下的电流矢量的电流角度示意图；

图6是本发明提供的利用INFORM法计算转子位置角的流程图；

图7是本发明提供的电压空间矢量示意图；

图8是本发明提供的电流测量点示意图；

图9是本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的控制装置实施例一示意图；

图10是本发明提供的装置实施例二示意图；

图11是本发明提供的装置实施例三示意图；

图12是本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的控制系统实施例一示意图。

具体实施方式

为了本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明的技术方案，下面首先介绍永磁同步电机PMSM的一些基本工作原理。

首先，PMSM的稳态数学模型；

为了简化分析、降低方程维数，采用永磁同步电动机在dq同步旋转坐标系下的数学模型。永磁同步电动机在dq同步旋转坐标系下的电压方程和磁链方程分别可以表示为公式（1）和（2）：

$\left.\begin{array}{c}{u}_d=i_d\·R-{\mathrm{\ω}}_e\·L_q\·i_q\\ u_q=i_q\·R+{\mathrm{\ω}}_e\·L_d\·i_d+{\mathrm{\ω}}_e\·{\mathrm{\ψ}}_f\end{array}\right\}---\left(1\right)$

$\left.\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_d={\mathrm{\ψ}}_f+L_d\·i_d\\ {\mathrm{\ψ}}_q=L_q\·i_q\\ {\mathrm{\ψ}}_s=\sqrt{{({\mathrm{\ψ}}_f+L_d\·i_d)}^2+{(L_q\·i_q)}^2}\end{array}\right\}---\left(2\right)$

其中i_d、i_q、u_d、u_q、ψ_d和ψ_q分别为定子电流、电压和磁链在d轴和q轴上的分量；L_d、L_q分别为直轴同步电感和交轴同步电感；ω_e为电机电角速度且ω_e=n_pω_r（n_p为电机极对数，ω_r为电机机械角速度）；p为微分算子，且

在稳态时，电压方程（1）可简化成如下方程（3）和（4），具体原理可以参照图2，该图为永磁同步电机电压相量图：

u_d=R_si_d-ω_eL_qi_q    （3）

u_q=R_si_q+ω_eL_di_d+ω_eψ_f   （4）

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

方法实施例一：

参见图3，该图为本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的控制方法实施例一流程图。

首先，介绍本发明基于的工作原理。

由公式（1）可以看出，只要转速ω_e足够高，则反电势E₀将要高于逆变器中间直流侧电压U_dc，如果这个时候进行带速重投操作、投入隔离接触器，则PMSM将会向逆变器的直流侧反向充电。逆变器直流侧的电容被充电压幅值将可能高于电容安全允许值，对电容带来损坏。

因此，带速重投不是在PMSM所有速度下都能进行，需要根据重投点对应PMSM的转速来判断。本发明实施例提供的方法便是依据轨道交通以安全为导向，从系统角度出发以系统拖车速度为依据明确了重投逻辑。

需要说明的是，可以利用系统拖车速度得到PMSM的转速ω_e。

下面结合流程图来详细介绍本发明的技术方案。

S301：判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；

需要说明的是，PMSM的反电势可以利用公式（1）获得，其中，ω_e可以通过系统拖车来获得。

为了判断的方便，所述逆变器侧的电压可以采用逆变器直流侧的电压来作为判据。例如逆变器侧的电压可以采用

S302：如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；

这样是为了保护逆变器直流侧电容的安全。

S303：如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则继续判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；

如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则允许隔离接触器闭合，但是进一步需要知道PMSM的转子位置角，才可以启动PMSM。因此，需要下面根据拖车速度获得ω_e，由ω_e的大小分为两种情况来分别获取转子位置角，一种是低速情况下如何获取转子位置角，另一种是中高速情况下如何获取转子位置角。

S304：如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速，则控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；

S304提供的方法可以简单概括为一次短路法。通过该一次短路法可以获取中高速下转子位置角，从而知道转子的初始位置来启动PMSM。

S305：如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机。

S305提供的方法主要应用了基于在线电感检测的磁链估算（INFORM，INdirect Flux detection by On-line Reactance Measurement）方法。

本发明提供的方法，从系统的角度出发，由拖车速度获得PMSM的ω_e。从而获得PMSM的反电势。将反电势与逆变器侧的电压进行比较，如果反电势高于逆变器侧的电压则不允许PMSM带速重投，反之允许PMSM带速重投。PMSM带速重投即将隔离接触器闭合，禁止PMSM带速重投即将隔离接触器断开。但是PMSM带速重投需要知道转子位置角。因此，本发明根据ω_e的大小，分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角，不同工况对应不同的转子位置角，由转子位置角启动PMSM。本发明提供的方法从系统角度出发提出了全面控制方法，在PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电势太大），中高速段采用一次短路法计算转子位置角来确定重投点位置，低速段采用INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。

方法实施例二：

下面结合附图来详细介绍本发明提供的当PMSM处于中高速段时利用一次短路法获取转子位置角。

参见图4，该图为本发明提供的中高速段时的一次短路法流程图。

由于PMSM空转时反电势的存在，如果将PMSM的3相短路，则3相短路电流中必含有PMSM转子的位置信息，因此可以利用短路法来获取转子位置角。

S401：施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短路状态；

需要说明的是，零电压矢量有两个，一个是和即可以通过施加这两个不同的零电压矢量使逆变器的上桥臂的所有管子导通或者下桥臂的所有管子导通；上桥臂所有管子导通时，永磁同步电机也可以处于短路状态；下桥臂所有管子导通时，永磁同步电机也可以处于短路状态，在本发明实施例中不具体限定具体是上桥臂的所有管子导通，还是下桥臂的所有管子导通。

S402：使永磁同步电机保持短路状态预定时间段T_sh，获取PMSM的三相电流最高幅值。

S403：将所述三相电流最高幅值在α-β静止坐标系下分解为i_α、i_β；

S404：由所述α-β静止坐标系下的电流i_α、i_β计算α-β静止坐标系下的电流角度，具体公式如下：

${\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}={\tan }^{-1}\left(\frac{i_{\mathrm{\α}}}{i_{\mathrm{\β}}}\right)---\left(5\right)$

S405：由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流i_d、i_q；

如果q轴定子绕组的时间常数L_qR_m远大于T_sh，则R_m可以忽略不计。

当忽略定子电阻且逆变器的管子全部导通时，PMSM处于被短路的状态，其端电压等于零，即v_d=0、v_q=0，则公式（3）和（4）可以简化为下面的公式。

PMSM短路电流矢量表示为： $\stackrel{\→}{i}={\left[\begin{array}{cc}{i}_d& i_q\end{array}\right]}^T,$ 并假设ω为常量、初始电流为0，对公式（6）进行拉普拉斯变换，则可以得到式（7）：

$i=\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right))\\ \frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right)\end{array}\right]---\left(7\right)$

即由公式（7）可以计算得出dq坐标系的电流i_d、i_q；

S406：由dq坐标系的电流i_d、i_q计算dq坐标系下的电流角度，具体参见公式（7）；

$\begin{array}{c}{{\mathrm{\θ}}_I}_{\mathrm{dq}}\≅{\tan }^{-1}\left(\frac{i_q}{i_d}\right)={\tan }^{-1}\left(\frac{-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left({\mathrm{\ω}}_e{T}_{\mathrm{sh}}\right)}{-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left({\mathrm{\ω}}_e{T}_{\mathrm{sh}}\right))}\right)\\ {\tan }^{-1}\left(\frac{L_d\sin \left({\mathrm{\ω}}_e{T}_{\mathrm{sh}}\right)}{L_q\left(1{-\cos }_{}\left({\mathrm{\ω}}_e{T}_{\mathrm{sh}}\right)\right)}\right)\end{array}---\left(7\right)$

具体可以结合图5所示的不同坐标系下的电流矢量的电流角度示意图。图5中将两个坐标系画在了同一个图中，即图5中包括dq坐标系和α-β静止坐标系。

S407：由两个坐标系下的电流角度计算转子位置角，具体公式如下：

${\mathrm{\θ}}_e={{\mathrm{\θ}}_I}_{\mathrm{dp}}-{{\mathrm{\θ}}_I}_{\mathrm{\α\β}}---\left(8\right)$

本发明实施例详细介绍了如何利用一次短路法计算中高速阶段的转子位置角。即利用公式（5）和（7）的结果，通过公式（8）来获得转子位置角。

需要说明的是，在PMSM短路之前，如果电枢电流不为零，则控制逆变器所有的管子关断，使电枢电流为零，此时PMSM是被处于断开状态。

方法实施例三：

下面介绍当处于低速阶段时，本发明利用INFORM法获取转子位置角。

参见图6，该图为本发明提供的利用INFORM法计算转子位置角的流程图。

首先介绍INFORM方法的基本原理：从不同方向为电机端施加电压空间矢量，通过测量它们的不同电流响应来估计转子位置。

其中运用的基本原理是：电机磁路具有凸极性，定子绕组的电感值是转子位置的函数，因此不同位置的电压空间矢量所产生的电流响应中一定会含有转子位置信息。

由于施加的电压空间矢量是高频电压信号，电流响应也为高频信号，因此电机模型可以写成矢量方程形式，即如下式：

${\stackrel{\→}{u}}_s={\stackrel{\→}{L}}_s\left({\mathrm{\θ}}_e\right)\frac{d{\stackrel{\→}{i}}_s}{\mathrm{dt}}---\left(9\right)$

$\frac{d{\stackrel{\→}{i}}_s}{\mathrm{dt}}={\left[{\stackrel{\→}{L}}_s\left({\mathrm{\θ}}_e\right)\right]}^{-1}{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(10\right)$

$\begin{array}{c}{\left[{\stackrel{\→}{L}}_s\left({\mathrm{\θ}}_e\right)\right]}^{-1}={\left(\begin{array}{cc}{L}_0+\mathrm{\Δ}L\cos 2{\mathrm{\θ}}_e& \mathrm{\Δ}L\sin 2{\mathrm{\θ}}_e\\ \mathrm{\Δ}L\sin 2{\mathrm{\θ}}_e& L_0+\mathrm{\Δ}L\cos 2{\mathrm{\θ}}_e\end{array}\right)}^{-1}\\ =\frac{1}{L_d{L}_q}\left(\begin{array}{cc}{L}_0-\mathrm{\Δ}L\cos 2{\mathrm{\θ}}_e& -\mathrm{\Δ}L\sin 2{\mathrm{\θ}}_e\\ -\mathrm{\Δ}L\sin 2{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{er}}& L_0+\mathrm{\Δ}L\cos 2{\mathrm{\θ}}_e\end{array}\right)\\ =\frac{1}{L_0^2-{\mathrm{\ΔL}}^2}\left(\begin{array}{cc}{L}_0-\mathrm{\Δ}L\cos 2{\mathrm{\θ}}_e& -\mathrm{\Δ}L\sin 2{\mathrm{\θ}}_e\\ -\mathrm{\Δ}L\sin 2{\mathrm{\θ}}_e& L_0+\mathrm{\Δ}L\cos 2{\mathrm{\θ}}_e\end{array}\right)\end{array}---\left(11\right)$

从公式（1）可以看出，在某一方向的电压空间矢量作用下，电流响应取决于电感矩阵，而定子绕组电感随转子电角度的位置变化而变化。

可以理解的是，具体实现过程中可以用多种方法来生成电压空间矢量，而其中一种较为简单的方法是直接利用系统中的逆变器，如图7所示的电压空间矢量，分别沿着ABC绕组的轴线，从正反两个方向上交替施加电压空间矢量。

例如对于PMSM的A轴，可施加和和由逆变器生成的脉宽调制开关电压矢量来实现，由于逆变器的开关频率很高，因此施加的和也是高频定子电压信号。对于PMSM的B轴，可施加和对于PMSM的C轴，可施加和。

下面以A轴相绕组施加电压空间矢量为例进行介绍。

参见图8，该图为本发明提供的电流测量点示意图。

如图8所示记录的电流测量点为i_A1、i_A2、i_A3、i_A4。

${\mathrm{\Δi}}_A^{u_{s1}}=i_{A2}-i_{A1}---\left(12\right)$

${\mathrm{\Δi}}_A^{u_{s4}}=i_{A4}-i_{A3}---\left(13\right)$

$\frac{{\mathrm{\Δi}}_A^{\left(u_{s1}\right)}}{\text{\Δt}}-\frac{{\mathrm{\Δi}}_A^{\left(u_{s4}\right)}}{\mathrm{\Δt}}={\left[L_s\left({\mathrm{\θ}}_r\right)\right]}^{-1}({\stackrel{\→}{u}}_{s1}-{\stackrel{\→}{u}}_{s4})---\left(14\right)$

因此可得， ${\mathrm{\Δi}}_A={\mathrm{\Δi}}_A^{u_{s1}}-{\mathrm{\Δi}}_A^{\left(u_{s4}\right)}={\left[L_s\left({\mathrm{\θ}}_r\right)\right]}^{-1}2\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|\mathrm{\Δt}---\left(15\right)$

将公式（11）代入公式（15）可得：

${\mathrm{\Δi}}_A=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2{\mathrm{\θ}}_e]\mathrm{\Δt}---\left(16\right)$

与A轴类似，对于作用于B轴相绕组的电压空间矢量同样有：

${\mathrm{\Δi}}_B=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2({\mathrm{\θ}}_e-4\mathrm{\π}/3)]\mathrm{\Δt}---\left(17\right)$

与A轴类似，对于作用于C轴相绕组的电压空间矢量同样有：

${\mathrm{\Δi}}_C=\frac{{|\stackrel{\→}{u}}_s|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2({\mathrm{\θ}}_e-2\mathrm{\π}/3)]\mathrm{\Δt}---\left(18\right)$

可将定子三相电流偏差表示为空间矢量形式既有：

$f\left({\mathrm{\Δi}}_s\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}[{\mathrm{\Δi}}_A+{\mathrm{\Δi}}_B{e}_e^{j\left(\frac{2\mathrm{\π}}{3}\right)}+{\mathrm{\Δi}}_C{e}_e^{j\left(\frac{4\mathrm{\π}}{3}\right)}]---\left(19\right)$

对公式（19）进行化简后可得：

$f\left(\mathrm{\Δ}{i}_s\right)=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{2}{3}}\frac{1}{L_d{L}_q}(L_d-L_q)\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|{\mathrm{\Δte}}_e^{j(2{\mathrm{\θ}}_r+\mathrm{\π})}---\left(20\right)$

通过对PMSM的定子三相电流最高幅值的测量，由式（19）可以计算出f(Δi_s)，便可得其空间相位。由式（20）可知，它等于(2θ_e+π)，于是可由式（20估计

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e=\frac{\arg \left(f\right)-\mathrm{\π}}{2}---\left(21\right)$

下面介绍本发明提供的基于INFORM法计算低速下的转子位置角的流程；

S601：依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的A相电流；

获取A相电流在此指的是通过公式（12）和（13）获取和再由公式（15）获得Δi_A。

需要说明的是，依次不间断地施加指的是，先施加预定时间段，中间没有时间间隔，立即施加预定时间段；

可以理解的是，预定时间段可以根据具体情况进行设置，例如本实施例中可以设置预定时间段为100us。

S602：封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

需要说明的是，封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒，即不施加任何电压空间矢量，是为了使PMSM的电流归零。

N也可以根据需要来选择不同的数值，例如本实施例中N可以取值为1，即封锁驱动脉冲1ms。

B和C的施加方法与A相同，在此不再具体赘述。

S603：依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；

S604：封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；

S605：依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

S606：通过公式（19）和（21）计算转子位置角。

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。电压空间矢量可以具体参照图7。

装置实施例一：

基于以上本发明提供的一种永磁同步电机带速重新投入的控制方法，本发明还提供了一种永磁同步电机带速重新投入的控制装置，下面结合具体附图来详细介绍。

参见图9，该图为本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的控制装置实施例一示意图。

本实施例提供的永磁同步电机带速重新投入的控制装置，包括：电压判断单元901、隔离接触器控制单元902、转子转速判断单元903、中高速时转子位置角获得单元904和低速时转子位置角获得单元905；

所述电压判断单元901，用于判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；

需要说明的是，PMSM的反电势可以利用公式（1）获得，其中，ω_e可以通过系统拖车来获得。

为了判断的方便，所述逆变器侧的电压可以采用逆变器直流侧的电压来作为判据。例如逆变器侧的电压可以采用

所述隔离接触器控制单元902，当所述电压判断单元901判断永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；

这样是为了保护逆变器直流侧电容的安全。

所述转子转速判断单元903，当所述电压判断单元901判断永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，用于判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；

如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则允许隔离接触器闭合，但是进一步需要知道PMSM的转子位置角，才可以启动PMSM。因此，需要下面根据拖车速度获得ω_e，由ω_e的大小分为两种情况来分别获取转子位置角，一种是低速情况下如何获取转子位置角，另一种是中高速情况下如何获取转子位置角。

所述中高速时转子位置角获得单元904，当所述转子转速判断单元903判断永磁同步电机的转子转速大于预定转速时，用于控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；

所述低速时转子位置角获得单元905，当所述转子转速判断单元903判断永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，用于给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机。

低速时获取转子位置角主要应用了基于在线电感检测的磁链估算（INFORM，INdirect Flux detection by On-line Reactance Measurement）方法。

本发明提供的装置，从系统的角度出发，由拖车速度获得PMSM的ω_e。从而获得PMSM的反电势。将反电势与逆变器侧的电压进行比较，如果反电势高于逆变器侧的电压则不允许PMSM带速重投，反之允许PMSM带速重投。PMSM带速重投即将隔离接触器闭合，禁止PMSM带速重投即将隔离接触器断开。但是PMSM带速重投需要知道转子位置角。因此，本发明根据ω_e的大小，分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角，不同工况对应不同的转子位置角，由转子位置角启动PMSM。本发明提供的装置从系统角度出发提出了全面控制，在PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电势太大），中高速段采用一次短路法计算转子位置角来确定重投点位置，低速段采用INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。

装置实施例二：

参见图10，该图为本发明提供的装置实施例二示意图。

本实施例中提供的装置，所述中高速时转子位置角获得单元包括：电机短路控制子单元904a和转子位置角第一获得单元904b。

所述电机短路控制子单元904a，用于施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短路状态；

需要说明的是，零电压矢量有两个，一个是和，即可以通过施加这两个不同的零电压矢量使逆变器的上桥臂的所有管子导通或者下桥臂的所有管子导通；上桥臂所有管子导通时，永磁同步电机也可以处于短路状态；下桥臂所有管子导通时，永磁同步电机也可以处于短路状态，在本发明实施例中不具体限定具体是上桥臂的所有管子导通，还是下桥臂的所有管子导通。

电机短路电流在α-β静止坐标系的角度获得子单元，用于由以下公式获得电流在α-β静止坐标系的角度；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left(\mathrm{\ω}{T}_{\mathrm{sh}}\right))\\ \frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left(\mathrm{\ω}{T}_{\mathrm{sh}}\right)\end{array}\right]$

其中，T_sh为永磁同步电机处于短路状态的持续时间；L_d、L_q分别为直轴同步电感和交轴同步电感；φ_f为永磁体磁链；i_d、i_q分别是定子电流在d轴和q轴上的分量，分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在α-β静止坐标系下分解为i_α、i_β，定义为在α-β静止坐标系的角度；

${\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}={\tan }^{-1}\left(\frac{i_{\mathrm{\α}}}{i_{\mathrm{\β}}}\right)$

电机短路电流在dq坐标系的角度获得子单元，用于由以下公式获得电流在dq坐标系的角度；

所述转子位置角第一获得单元904b，用于由以下公式获得转子位置角 ${\mathrm{\θ}}_e={{\mathrm{\θ}}_I}_{\mathrm{dp}}-{{\mathrm{\θ}}_I}_{\mathrm{\α\β}}.$

本实施例中，利用一次短路法进行中高速阶段转子位置角的计算，具体工作原理和计算公式可以参照方法实施例二，在此不再赘述。

装置实施例三：

参见图11，该图为本发明提供的装置实施例三示意图。

本实施例提供的控制装置中，所述低速时转子位置角获得单元包括：电压空间矢量施加子单元905a、三相电流获得子单元905b和驱动脉冲封锁子单元905c；

所述电压空间矢量施加子单元905a，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段；所述三相电流获得子单元905b，用于获得永磁同步电机的A相电流；所述驱动脉冲封锁子单元905c，用于封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元905a，还用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；所述驱动脉冲封锁子单元905c，用于封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元905a，还用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

需要说明的是，装置实施例二中的具体工作原理INFORM法和计算公式可以参照方法实施例三。在此不再赘述。

基于以上实施例提供的永磁同步电机带速重新投入的控制方法和装置，本发明还提供了一种永磁同步电机带速重新投入的控制系统。

参见图12，该图为本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的控制系统实施例一示意图。

本实施例提供的永磁同步电机带速重新投入的控制系统，包括：控制单元100、永磁同步电机400、逆变器200和隔离接触器300；

所述控制单元，用于控制隔离接触器300的导通状态；所述隔离接触器300连接在所述逆变器200和所述永磁同步电机400之间；

所述控制单元100，还用于输出驱动脉冲，以控制逆变器200中管子的开关状态；

所述控制单元100，还用于判断永磁同步电机400的反电势是否大于逆变器200侧的电压；如果永磁同步电机400的反电势大于逆变器200侧的电压，则控制隔离接触器300断开，禁止重投操作；如果永磁同步电机400的反电势小于或等于逆变器200侧的电压，则继续判断永磁同步电机400的转子转速是否大于预定转速；如果永磁同步电机400的转子转速大于预定转速，则控制永磁同步电机400处于短路状态，由永磁同步电机400短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机400处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机400；如果永磁同步电机400的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁同步电机400施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机400的三相电流，由永磁同步电机400的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机400。

本发明提供的系统，从轨道交通牵引系统的角度出发，由拖车速度获得PMSM的ω_e。从而获得PMSM的反电势。将反电势与逆变器侧的电压进行比较，如果反电势高于逆变器侧的电压则不允许PMSM带速重投，反之允许PMSM带速重投。PMSM带速重投即将隔离接触器闭合，禁止PMSM带速重投即将隔离接触器断开。但是PMSM带速重投需要知道转子位置角。因此，本发明根据ω_e的大小，分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角，不同工况对应不同的转子位置角，由转子位置角启动PMSM。本发明提供的系统从系统角度出发提出了全面控制，在PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电势太大），中高速段采用一次短路法计算转子位置角来确定重投点位置，低速段采用INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。

所述控制单元给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的A相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

需要说明的是，系统实施例中在低速阶段计算转子位置角的具体工作原理INFORM法和计算公式可以参照方法实施例三。在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机带速重新投入的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；所述反电势由永磁同步电机的转速ω_e获得，所述转速ω_e由拖车速度获得；

如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；

如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则继续判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；

如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速，则控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；

如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机；

所述给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的A相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机带速重新投入的控制方法，其特征在于，所述控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角，具体为：

施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短路状态；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right))\\ \frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right)\end{array}\right]$

其中，T_sh为永磁同步电机处于短路状态的持续时间；L_d、L_q分别为直轴同步电感和交轴同步电感；φ_f为永磁体磁链；i_d、i_q分别是定子电流在d轴和q轴上的分量，分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在α-β静止坐标系下分解为i_α、i_β，定义为在α-β静止坐标系的角度；

${\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}={\tan }^{-1}\left(\frac{i_{\mathrm{\α}}}{i_{\mathrm{\β}}}\right)$

所述三相电流最高幅值在dq坐标系的角度为

所述转子位置角为：

3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机带速重新投入的控制方法，其特征在于，所述由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，具体为：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_e=\frac{\arg \left(f\right)-\mathrm{\π}}{2}$

其中，f为三相电流偏差的空间矢量形式；

$f\left({\mathrm{\Δi}}_s\right)=\sqrt{\frac{2}{3}}[{\mathrm{\Δi}}_A+{\mathrm{\Δi}}_B{e}_e^{j\left(\frac{2\mathrm{\π}}{3}\right)}+{\mathrm{\Δi}}_C{e}_e^{j\left(\frac{4\mathrm{\π}}{3}\right)}]$

其中， ${\mathrm{\Δi}}_A=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2{\mathrm{\θ}}_e]\mathrm{\Δt};$

${\mathrm{\Δi}}_B=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2({\mathrm{\θ}}_e-4\mathrm{\π}/3)]\mathrm{\Δt};$

${\mathrm{\Δi}}_C=\frac{\left|{\stackrel{\→}{u}}_s\right|}{L_d{L}_q}[(L_d+L_q)-(L_d-L_q)\cos 2({\mathrm{\θ}}_e-2\mathrm{\π}/3)]\mathrm{\Δt}.$

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机带速重新投入的控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机的反电势由以下公式计算：

E₀＝ω_eψ_f

其中，E₀为永磁同步电机反电动势；ω_e为永磁同步电机转子电角速度；ψ_f为永磁体磁链。

5.一种永磁同步电机带速重新投入的控制装置，其特征在于，包括：电压判断单元、隔离接触器控制单元、转子转速判断单元、中高速时转子位置角获得单元和低速时转子位置角获得单元；

所述电压判断单元，用于判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；所述反电势由永磁同步电机的转速ω_e获得，所述转速ω_e由拖车速度获得；

所述隔离接触器控制单元，当所述电压判断单元判断永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；

所述转子转速判断单元，用于当所述电压判断单元判断所述永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压时，判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；

所述中高速时转子位置角获得单元，当所述转子转速判断单元判断永磁同步电机的转子转速大于预定转速时，用于控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；

所述低速时转子位置角获得单元，当所述转子转速判断单元判断永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，用于给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机；

所述低速时转子位置角获得单元包括：电压空间矢量施加子单元、三相电流获得子单元和驱动脉冲封锁子单元；

所述电压空间矢量施加子单元，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段；所述三相电流获得子单元，用于获得永磁同步电机的A相电流；所述驱动脉冲封锁子单元，用于封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，所述三相电流获得子单元，用于获得永磁同步电机的B相电流；所述驱动脉冲封锁子单元，用于封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元，用于依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，所述三相电流获得子单元，用于获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机带速重新投入的控制装置，其特征在于，所述中高速时转子位置角获得单元包括：

电机短路控制子单元，用于施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短路状态；

电机短路电流在α-β静止坐标系的角度获得子单元，用于由以下公式获得电流在α-β静止坐标系的角度；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流：

$\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-\frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_d}(1-\cos \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right))\\ \frac{{\mathrm{\φ}}_f}{L_q}\sin \left({\mathrm{\ωT}}_{\mathrm{sh}}\right)\end{array}\right]$

其中，T_sh为永磁同步电机处于短路状态的持续时间；L_d、L_q分别为直轴同步电感和交轴同步电感；φ_f为永磁体磁链；i_d、i_q分别是定子电流在d轴和q轴上的分量，分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在α-β静止坐标系下分解为i_α、i_β，定义为在α-β静止坐标系的角度；

${\mathrm{\θ}}_{I_{\mathrm{\α\β}}}={\tan }^{-1}\left(\frac{i_{\mathrm{\α}}}{i_{\mathrm{\β}}}\right)$

电机短路电流在dq坐标系的角度获得子单元，用于由以下公式获得电流在dq坐标系的角度；

转子位置角第一获得单元，用于由以下公式获得转子位置角

。

7.一种永磁同步电机带速重新投入的控制系统，其特征在于，包括：控制单元、永磁同步电机、逆变器和隔离接触器；

所述控制单元，用于控制隔离接触器的导通状态；所述隔离接触器连接在所述逆变器和所述永磁同步电机之间；

所述控制单元，还用于输出驱动脉冲，以控制逆变器中管子的开关状态；

所述控制单元，还用于判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧的电压；所述反电势由永磁同步电机的转速ω_e获得，所述转速ω_e由拖车速度获得；如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电压，则控制隔离接触器断开，禁止重投操作；如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器侧的电压，则继续判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速；如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速，则控制永磁同步电机处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获得α-β静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算dq坐标系的电流角度，dq坐标系的电流角度与α-β静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由该转子位置角启动永磁同步电机；如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，由永磁同步电机的三相电流来获得转子位置角，由该转子位置角启动永磁同步电机；

所述控制单元给永磁同步电机施加不同方向的电压空间矢量，测量永磁同步电机的三相电流，具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的A相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的B相电流；

封锁逆变器的驱动脉冲N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量和各预定时间段，获得永磁同步电机的C相电流；

其中，和依次为逆时针方向依次相差60度的空间矢量。