CN104022710A - 一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法。该方法在利用高频电压注入法实现初次初始位置估计的基础上，再通过提取d轴电流响应的直流分量中所包含的d轴正方向信息进行d轴正方向判断，该方法无需额外注入正负脉冲再比较电流响应的幅值，缩短了估计时间，简化了估计过程，且不会造成转子的微动，拓宽了应用场合。

Description

一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法

技术领域

本发明涉及一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法，属于电机控制领域。

背景技术

目前对于表贴式永磁同步电机转子初始位置检测的方法，以脉振高频信号注入法为主。

刘颖,周波,李帅,等.转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测[J].中国电机工程学报,2011,31(18):48-54.基于SPMSM定子铁心的非线性饱和特性，首先在估计转子同步旋转坐标系的d轴注入高频正弦电压信号，通过闭环调节得到转子位置的初次估计值，再在估计的d轴方向注入正负电压脉冲，利用正负电流作用下直轴等效时间常数的不同判断d轴正方向，这类方法在初始位置估计全过程中需两次注入信号。磁极正方向判断过程需要注入正负电压脉冲再比较电流响应衰减到0所用的时间，这个过程必然花费一定的时间。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法，全过程只需注入一次信号，使初始位置检测过程得到明显简化。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法，该方法先获取转子初始位置的初次估计值，再判断d轴正方向，将转子初始位置的初次估计值加上d轴正方向判断后的补偿值即为最终初始位置估计值，其中，判断d轴正方向的过程如下：

检测估计转子同步旋转坐标系的d轴电流响应将其经过低通滤波器提取直流分量该直流分量即为d轴正方向的判断信息，当大于0表示d轴正方向与磁极N极同向，d轴正方向判断后的补偿值为0；当小于0表示d轴正方向与磁极N极反向，d轴正方向判断后的补偿值为π。

进一步的，获取转子初始位置的初次估计值的步骤如下：

步骤1、在估计转子同步旋转坐标系的d轴注入高频余弦电压U_hmcos(ω_ht)，q轴给定电压为0，其中，U_hm为在d轴注入高频电压的幅值，ω_h为在d轴注入高频电压的角频率，t表示当前时刻；

步骤2、对估计转子同步旋转坐标系上注入的电压信号进行派克逆变换，得到两相静止α-β坐标系下的电压信号u_α和u_β，再采用空间矢量调制策略SVPWM得到三相逆变器的六路开关信号，驱动表贴式永磁同步电机SPMSM；

步骤3、检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行克拉克变换得到两相静止α-β坐标系下的电流信号i_α和i_β，再经过派克变换得到估计转子同步旋转坐标系下的d轴电流响应信号和q轴电流响应信号

步骤4、将估计转子同步旋转坐标系的q轴电流响应信号经过带通滤波器选出频率为ω_h的交流分量即为q轴电流响应的一次谐波分量，再与正弦信号sin(ω_ht)相乘进行调制，得到直流分量和频率为2ω_h的交流分量，最后经过低通滤波器滤除交流分量，提取直流分量，得到估计位置偏差信号；

步骤5、构建位置偏差闭环，将估计位置偏差信号作为PI调节器的输入，估计转子角速度为PI调节器的输出，对估计转子角速度积分得到估计的转子位置；返回步骤1，直到估计的转子位置收敛为一恒定值，即为转子初始位置的初次估计值。

采用上述方案后，本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：(1)本发明中判断d轴正方向过程中，注入的电压始终为余弦高频信号，无需注入正负脉冲电压，简化了估计过程；(2)通过提取d轴电流响应的直流分量符号判断d轴正方向，无需额外注入正负脉冲再比较电流响应的幅值，缩短了估计时间；(3)避免了正负电压脉冲注入过程中可能导致的小惯量电机抖动问题，可用在电机转动惯量小、对初始位置估计过程中转子位置抖动有严格要求的场合。

附图说明

图1为表贴式永磁同步电机转子初始位置估计过程的原理框图；

图2为两相静止坐标系、实际两相同步旋转坐标系与估计两相同步旋转坐标系的相对关系示意图；

图3为初次初始位置估计的信号提取与调制过程的原理框图；

图4为d轴正方向判断的信号提取与调制过程的原理框图；

图5(a)对应实际转子位置为1rad时，转子初始位置估计过程的仿真波形；

图5(b)对应实际转子位置为1rad时，d轴正方向判断信息的波形；

图5(c)对应实际转子位置为4rad时，转子初始位置估计过程的仿真波形；

图5(d)对应实际转子位置为4rad时，d轴正方向判断信息的波形。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种表贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1、建立坐标系关系图，如图2所示，d-q为实际同步旋转坐标系，为估计转子同步旋转坐标系，α-β为实际两相静止坐标系，并且定义估计位置误差其中，θ为实际转子初始位置，为最终初始位置估计值，的初始值为0；

步骤2、在估计转子同步旋转坐标系的d轴注入高频余弦电压U_hmcos(ω_ht)，q轴给定电压信号，其中，U_hm为在d轴注入高频电压的幅值，ω_h为在d轴注入高频电压的角频率，t表示当前时刻；

步骤3、对估计转子同步旋转坐标系上注入的电压信号进行派克逆变换，得到实际两相静止α-β坐标系下的电压信号u_α和u_β，再采用空间矢量调制策略SVPWM得到六路开关信号，控制三相逆变器，向表贴式永磁同步电机定子绕组中注入电压信号；

步骤4、检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行克拉克变换得到实际两相静止α-β坐标系下的电流信号i_α和i_β，再经过派克变换得到估计转子同步旋转坐标系下的d轴电流响应信号和q轴电流响应信号

步骤5、如图3所示，将估计转子同步旋转坐标系的q轴电流响应信号经过带通滤波器选出频率为ω_h的交流分量即为q轴电流响应的一次谐波分量，再与正弦信号sin(ω_ht)相乘进行调制，得到直流分量和频率为2ω_h的交流分量，最后经过低通滤波器滤除交流分量，提取直流分量，得到估计位置偏差信号f(Δθ)；

步骤6、如图3所示，PI为比例积分调节器，I为积分调节器，构建位置偏差闭环，将估计位置偏差信号f(Δθ)作为PI调节器的输入，估计转子角速度为调节器的输出，对估计转子角速度积分得到估计的转子位置；返回步骤2，直到估计的转子位置收敛为一恒定值，即为转子初始位置的初次估计值

步骤7、如图4所示，检测估计转子同步旋转坐标系的d轴电流响应将其经过低通滤波器提取直流分量该直流分量即为d轴正方向的判断信息，当大于0表示d轴正方向与磁极N极同向，d轴正方向判断后的补偿值为0，即当小于0表示d轴正方向与磁极N极反向，d轴正方向判断后的补偿值为π，即

对判断d轴正方向的理论分析如下。在脉振高频电压的作用下，d轴会产生脉振高频电流响应，该电流响应主要是与所注入的高频电压同频率的交流分量。当d轴流过正向电流时磁场饱和，d轴电感减小，感抗也减小，电流幅值增大；当d轴流过负向电流时磁场退饱和，d轴电感增大，感抗也增大，电流幅值减小。因此d轴电流响应的正向电流幅值略大于负向电流幅值，d轴高频电流响应存在一个大于0的直流分量。若判断的d轴正方向与磁极N极同向，估计d轴的高频电流响应与实际d轴一致，即存在一个大于0的直流分量；若判断的d轴正方向与磁极N极反向，根据坐标变换的原理，实际d轴的电流转换到估计d轴时符号取反，因此估计d轴的高频电流响应存在一个小于0的直流分量，从而可根据估计d轴高频电流响应的直流分量符号来判断d轴正方向。

如图5(a)和图5(b)所示，对应实际转子初始位置为1rad，d轴正方向判断信息大于0，表示d轴正方向与磁极N极同向，无需对初次估计位置进行角度补偿，θ_c＝0；如图5(c)和图5(d)所示，对应实际转子初始位置为4rad，d轴正方向判断信息小于0，表示d轴正方向与磁极N极反向，需对初次估计位置补偿π弧度，θ_c＝π，最终初始位置估计值为

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法，该方法先获取转子初始位置的初次估计值，再判断d轴正方向，将转子初始位置的初次估计值加上d轴正方向判断后的补偿值即为最终初始位置估计值，其特征在于：判断d轴正方向的过程如下：

检测估计转子同步旋转坐标系的d轴电流响应将其经过低通滤波器提取直流分量该直流分量即为d轴正方向的判断信息，当大于0表示d轴正方向与磁极N极同向，d轴正方向判断后的补偿值为0；当小于0表示d轴正方向与磁极N极反向，d轴正方向判断后的补偿值为π。

2.根据权利要求1所述的一种检测表贴式永磁同步电机转子初始位置的方法，其特征在于：获取转子初始位置的初次估计值的步骤如下：

步骤1、在估计转子同步旋转坐标系的d轴注入高频余弦电压U_hmcos(ω_ht)，q轴给定电压为0，其中，U_hm为在d轴注入高频电压的幅值，ω_h为在d轴注入高频电压的角频率，t表示当前时刻；

步骤2、对估计转子同步旋转坐标系上注入的电压信号进行派克逆变换，得到两相静止α-β坐标系下的电压信号u_α和u_β，再采用空间矢量调制策略SVPWM得到三相逆变器的六路开关信号，驱动表贴式永磁同步电机SPMSM；

步骤3、检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行克拉克变换得到两相静止α-β坐标系下的电流信号i_α和i_β，再经过派克变换得到估计转子同步旋转坐标系下的d轴电流响应信号和q轴电流响应信号

步骤4、将估计转子同步旋转坐标系的q轴电流响应信号经过带通滤波器选出频率为ω_h的交流分量即为q轴电流响应的一次谐波分量，再与正弦信号sin(ω_ht)相乘进行调制，得到直流分量和频率为2ω_h的交流分量，最后经过低通滤波器滤除交流分量，提取直流分量，得到估计位置偏差信号；

步骤5、构建位置偏差闭环，将估计位置偏差信号作为PI调节器的输入，估计转子角速度为PI调节器的输出，对估计转子角速度积分得到估计的转子位置；返回步骤1，直到估计的转子位置收敛为一恒定值，即为转子初始位置的初次估计值。