CN106571756B - 永磁电机无位置传感转子位置确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁电机无位置传感转子位置确定方法及装置，获取定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻。根据定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻，计算永磁电机的磁链变化率。对磁链变化率低通和高通滤波，获取永磁电机的磁链。根据磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链。根据准确磁链，获取永磁电机的转子位置角度。通过低通和高通滤波环节，可消除干扰以及直流分量引起的误差，通过第一预设参数以及第二预设参数对磁链进行补偿，以克服相位延时问题，从而获得的准确磁链精度高，再根据精度较高的准确磁链可获得准确的转子位置角度，从而实现对转子位置角度的准确估计，根据转子位置角度对永磁电机进行精确控制。

Description

永磁电机无位置传感转子位置确定方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种永磁电机无位置传感转子位置确定方法及装置。

背景技术

永磁电机为利用永磁体提供磁场的电机，电机做功需要两个条件，一个是存在磁场，另外一个是磁场中有运动的电流存在，永磁电机中磁场是用永久磁体制作的，磁场是一直存在的，需要在电机的线圈中提供电流，电机即可工作。在对永磁电机进行控制时，需要检测转子位置和电流信息，转子位置直接影响电机转矩和电感参数，从而，精确确定转子位置对永磁电机的精确控制至关重要作用。

目前，通过无位置传感器算法进行转子位置确定已广泛使用，一般采用基于积分法的永磁同步电机无位置传感器调速系统进行确定，然而，在实际的控制系统中，由于积分环节的累加效应，将导致估算的转子位置存在较大的偏差，从而影响对永磁电机的控制精度和稳定性。

发明内容

基于此，有必要针对转子位置确定误差大的问题，提供一种减小转子位置估算误差的永磁电机无位置传感转子位置确定方法及装置。

一种永磁电机无位置传感转子位置确定方法，包括以下步骤：

获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻；

根据所述定子电压、所述定子电流、所述定子电感以及所述定子电阻，计算所述永磁电机的磁链变化率；

对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链；

根据所述磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链；

根据所述准确磁链，获取所述永磁电机的转子位置角度。

本发明还提供一种永磁电机无位置传感转子位置确定装置，包括：

参数获取模块，用于获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻；

磁链变化率获取模块，用于根据所述定子电压、所述定子电流、所述定子电感以及所述定子电阻，计算所述永磁电机的磁链变化率；

滤波模块，用于对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链；

补偿模块，用于根据所述磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链；

转子位置角度确定模块，用于根据所述准确磁链，获取所述永磁电机的转子位置角度。

上述永磁电机无位置传感转子位置确定方法及装置，首先，获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻；根据所述定子电压、所述定子电流、所述定子电感以及所述定子电阻，计算所述永磁电机的磁链变化率；对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链；根据所述磁链、所述第一预设参数以及所述第二预设参数，获取准确磁链；根据所述准确磁链，获取所述永磁电机的转子位置角度。通过上述低通和高通滤波环节，可消除干扰以及直流分量引起的误差，通过第一预设参数以及所述第二预设参数对磁链进行补偿，以克服相位延时问题，从而获得的准确磁链精度高，再根据精度较高的准确磁链可获得准确的转子位置角度，从而实现对转子位置角度的准确估计，根据转子位置角度对永磁电机进行精确控制。

附图说明

图1为一种实施例的永磁电机无位置传感转子位置确定方法的流程图；

图2为另一种实施例的永磁电机无位置传感转子位置确定方法的流程图；

图3为一种实施例的永磁电机无位置传感转子位置确定装置的模块图；

图4为另一种实施例的永磁电机无位置传感转子位置确定装置的模块图。

具体实施例

请参阅图1，提供一种实施例的永磁电机无位置传感转子位置确定方法，包括以下步骤：

S110：获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻。

永磁电机包括定子和转子，定子包括定子铁芯和设置铁芯的定子绕阻，转子通常由轴、永久磁钢以及磁轭组成，主要作用是在电机的气隙内产生足够的磁感应强度，与通电后的定子绕阻相互作用产生转矩以驱动自身运转。

每个永磁电机有其对应的参数以及参数对应的值，例如，永磁电机的定子电感以及定子电阻，初始时，可对永磁电机的定子电感以及定子电阻对应的值进行保存，后续可直接读取使用，又或者，可通过对永磁电机的定子电感以及定子电阻的测量以获得实时的值，以便后续使用。另外，可对输入至永磁电机的定子的电压和电流进行实时采集，从而可获得定子电压和电流。

S120：根据定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻，计算永磁电机的磁链变化率。

定子中定子绕阻有三相绕阻，且在三维空间上彼此相差120度，一般输入定子的电流为三相电流，从而对应有三相电压，即可定义三相坐标系，互差120度，三相电压分别对应到三个坐标轴。为了简化分析，可通过对三相电压进行转换成两相电压，即将三相坐标系转换为两相静止坐标系，其中，两相静止坐标系分为为α和β，也就是说，在本实施例中，采用的电压和电流均为两相静止坐标系中的两相电压，即上述定子电压包括α轴电压分量和β轴电压分量，定子电流包括α轴电流分量和β轴电流分量。

在一个具体示例中，根据定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻，计算永磁电机的磁链变化率的公式为：

其中，和分别为永磁电机的磁链变化率的α轴分量和β轴分量， 为永磁电机的磁链变化率。U_α和U_β分别为定子电压U的α轴分量和β轴分量，U＝U_α+jU_β。I_α和I_β分别为定子电流I的α轴分量和β轴分量，I＝I_α+jI_β。Ls为永磁电机的定子电感，Rs为永磁电机的定子电阻。也就说计算永磁电机的磁链变化率包括计算磁链变化率的α轴分量和β轴分量。

S130：对磁链变化率进行低通和高通滤波，获取永磁电机的磁链。

由于获得的定子电压和定子电流等可能存在干扰噪音，也有可能会存在直流分量，根据其计算的磁链变化率也就可能受到干扰，精确度不高，从而，需要对磁链变化率进行滤波，具体地，通过对获得的磁链变化率依次进行低通和高通滤波，以消除干扰以及直流分量引起的误差，对磁链变化率进行低通和高通滤波，获取精度较高的永磁电机的磁链。

S140：根据所述磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链。

S150：根据准确磁链，获取永磁电机的转子位置角度。

然而经过低通和高通滤波后，根据磁链获得的转子位置角度可能会存在相位延时，从而，为了克服相位延时，需要根据第一预设参数以及第二预设参数，对磁链进行补偿，获得准确磁链，也就是说根据磁链、第一预设参数以及第二预设参数，可计算得到准确磁链，实现对磁链的补偿，准确磁链即为对磁链进行相位补偿后的磁链。再根据准确磁链计算得到准确的永磁电机的转子位置角度。由于转子位置角度会影响对永磁电机的控制精度和稳定性，即根据转子位置角度可对永磁电机进行控制，通过准确转子位置角度可准确以及稳定地对永磁电机进行控制。

其中，由于通过低通和高通滤波后获得的磁链可能存在延时，从而需要对磁链进行补偿后以获得准确磁链，在获取准确磁链过程中，需要用到第一预设参数和第二预设参数，由于补偿过程是为了消除低通滤波和高通滤波引起的延时，从而，第一预设参数的设置与低通滤波器相关联，具体为低通滤波器的低通截止频率与磁链变化率的频率的比值，第二预设参数的设置与高通滤波器相关联，具体为高通滤波器的高通截止频率与磁链变化率的频率的比值。

上述永磁电机无位置传感转子位置确定方法，首先，获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻；根据定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻，计算永磁电机的磁链变化率；对磁链变化率进行低通和高通滤波，获取永磁电机的磁链；根据磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链；根据准确磁链，获取永磁电机的转子位置角度。通过上述低通和高通滤波环节，可消除干扰以及直流分量引起的误差，通过第一预设参数以及第二预设参数对磁链进行补偿，以克服相位延时问题，从而获得的准确磁链精度高，再根据精度较高的准确磁链可获得准确的转子位置角度，从而实现对转子位置角度的准确估计，根据转子位置角度对永磁电机进行精确控制。

在一个具体示例中，准确磁链可以包括第一准确磁链分量以及第二准确磁链分量，根据准确磁链，获取永磁电机的转子位置角度具体为第二准确磁链分量与第一准确磁链分量比值的反正切函数值。

请参阅图2，在其中一个实施例中，对磁链变化率进行低通和高通滤波，获取永磁电机的磁链的步骤包括：

S231：获取磁链变化率的频率，并根据频率、第一预设参数以及第二预设参数构建低通滤波器以及高通滤波器。

S232：根据低通滤波器对磁链变化率进行低通滤波，并根据高通滤波器对低通滤波后的磁链变化率进行高通滤波，获取永磁电机的磁链。

低通滤波器有其对应的低通截止频率，高通滤波器有其对应的高通截止频率，具体地，根据第一预设参数以及磁链变化率的频率可获得低通截止频率，根据第二预设参数以及磁链变化率的频率可获得高通截止频率，然后根据磁链变化率的频率以及低通截止频率，构建低通滤波器，根据磁链变化率的频以及高通截止频率，构建高通滤波器。然后，根据低通滤波器对磁链变化率进行低通滤波，并根据高通滤波器对低通滤波后的磁链变化率进行高通滤波，获取永磁电机的磁链，也就是说，在本实施例中，对磁链变化率先进行低通后高通。

在另一个实施例中，对磁链变化率进行低通和高通滤波，获取永磁电机的磁链的步骤包括：获取磁链变化率的频率，并根据频率、第一预设参数以及第二预设参数构建低通滤波器以及高通滤波器；根据高通滤波器对磁链变化率进行高通滤波，并根据低通滤波器对高通滤波后的磁链变化率进行低通滤波，获取永磁电机的磁链。

即在本实施例中，对磁链变化率先进行高通再低通。结合上个实施例中先低通后高通，通过低通滤波器以及高通滤波器，对磁链变化率进行低通滤波以及高通滤波时，滤波的顺序可以是先低通再高通，也可以是先高通再低通。

在其中一个实施例中，通过下式获取永磁电机的磁链：

其中，对应低通滤波器，对应高通滤波器，为永磁电机的磁链变化率，W_e为磁链变化率的频率，k₁为第一预设参数，k₂为第二预设参数，φ为永磁电机的磁链。

通过上式对永磁电机的磁链变化率进行低通高通滤波即可获得永磁电机的磁链φ，对应低通滤波器，低通滤波器的低通截止频率为W_e的k₁倍，对应高通滤波器，高通滤波器的高通截止频率为W_e的k₂倍。

在其中一个实施例中，第一预设参数k₁的取值范围为0.2～0.3，第二预设参数k₂为第一预设参数k₁的0.5倍。这样可对磁链变化率进行有效地滤波，确保滤波后的磁链的精度。

低通滤波器的低通截止频率为W_e的k₁倍，第一预设参数k₁的取值范围为0.2～0.3，这样使得低通滤波器的低通截止频率不会过高，高通滤波器的高通截止频率为W_e的k₂倍，第二预设参数k₂为第一预设参数k₁的0.5倍，这样使得高通滤波器的高通截止频率不会太低，综合上述，可避免对磁链变化率的合理滤波。

在其中一个实施例中，永磁电机的准确磁链包括第一准确磁链分量以及第二准确磁链分量，永磁电机的磁链包括第一磁链分量以及第二磁链分量，通过下式获得准确磁链：

其中，φ＝φ_α+jφ_β，φ为永磁电机的磁链，φ_α为第一磁链分量，φ_β为第二磁链分量，φ'＝φ'_α+jφ'_β，φ'为永磁电机的准确磁链，φ'_α为第一准确磁链分量，φ'_β为第二准确磁链分量，k₁为第一预设参数，k₂为第二预设参数。

通过上式对磁链的补偿获得准确磁链，以消除相位延时，使得到的准确磁链具有较高的精度，从而后续根据准确磁链计算转子位置角度时更加准确。具体地，获取转子位置角度的公式为：

其中，θ为转子位置角度，arctan为反正切函数。

请参阅图3，还提供一种实施例的永磁电机无位置传感转子位置确定装置，包括：

参数获取模块310，用于获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻。

磁链变化率获取模块320，用于根据定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻，计算永磁电机的磁链变化率。

滤波模块330，用于对磁链变化率进行低通和高通滤波，获取永磁电机的磁链。

补偿模块340，用于根据磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链。

转子位置角度确定模块350，用于根据准确磁链，获取永磁电机的转子位置角度。

上述永磁电机无位置传感转子位置确定装置，首先，获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻。根据所述定子电压、所述定子电流、所述定子电感以及所述定子电阻，计算所述永磁电机的磁链变化率。对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链。根据所述磁链、所述第一预设参数以及所述第二预设参数，获取准确磁链。根据所述准确磁链，获取所述永磁电机的转子位置角度。通过上述低通和高通滤波环节，可消除干扰以及直流分量引起的误差，通过第一预设参数以及所述第二预设参数对磁链进行补偿，以克服相位延时问题，从而获得的准确磁链精度高，再根据精度较高的准确磁链可获得准确的转子位置角度，从而实现对转子位置角度的准确估计，根据转子位置角度对永磁电机进行精确控制。

请参阅图4，在其中一个实施例中，滤波模块包括：

滤波器构建模块431，用于获取磁链变化率的频率，并根据频率、第一预设参数以及第二预设参数构建低通滤波器以及高通滤波器。

磁链获取模块432，用于对磁链变化率进行低通滤波，并根据高通滤波器对低通滤波后的磁链变化率进行高通滤波，获取永磁电机的磁链。

在另一个实施例中，磁链获取模块432，用于根据所述高通滤波器对所述磁链变化率进行高通滤波，并根据所述低通滤波器对高通滤波后的所述磁链变化率进行低通滤波，获取所述永磁电机的磁链。

在其中一个实施例中，磁链获取模块通过下式获取永磁电机的磁链：

其中，对应低通滤波器，对应高通滤波器，为永磁电机的磁链变化率，W_e为磁链变化率的频率，k₁为第一预设参数，k₂为第二预设参数，φ为永磁电机的磁链。

在其中一个实施例中，第一预设参数的取值范围为0.2～0.3，第二预设参数为第一预设参数的0.5倍。

在其中一个实施例中，永磁电机的准确磁链包括第一准确磁链分量以及第二准确磁链分量，永磁电机的磁链包括第一磁链分量以及第二磁链分量，补偿模块通过下式获得准确磁链：

其中，φ＝φ_α+jφ_β，φ为永磁电机的磁链，φ_α为第一磁链分量，φ_β为第二磁链分量，φ'＝φ'_α+jφ'_β，φ'为永磁电机的准确磁链，φ'_α为第一准确磁链分量，φ'_β为第二准确磁链分量，k₁为第一预设参数，k₂为第二预设参数。

上述永磁电机无位置传感转子位置确定装置为实现上述永磁电机无位置传感转子位置确定方法的装置，其技术特征一一对应，在此不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种永磁电机无位置传感转子位置确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻；

根据所述定子电压、所述定子电流、所述定子电感以及所述定子电阻，计算所述永磁电机的磁链变化率；

对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链；

根据所述磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链；

根据所述准确磁链，获取所述永磁电机的转子位置角度；

所述永磁电机的准确磁链包括第一准确磁链分量以及第二准确磁链分量，所述永磁电机的磁链包括第一磁链分量以及第二磁链分量，通过下式获得所述准确磁链：

其中，φ＝φ_α+jφ_β，所述φ为所述永磁电机的磁链，所述φ_α为所述第一磁链分量，所述φ_β为所述第二磁链分量，φ'＝φ'_α+jφ'_β，所述φ'为所述永磁电机的准确磁链，所述φ'_α为所述第一准确磁链分量，所述φ'_β为所述第二准确磁链分量，所述k₁为所述第一预设参数，所述k₂为所述第二预设参数。

2.根据权利要求1所述的永磁电机无位置传感转子位置确定方法，其特征在于，所述对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链的步骤包括：

获取所述磁链变化率的频率，并根据所述频率、所述第一预设参数以及所述第二预设参数构建低通滤波器以及高通滤波器；

根据所述低通滤波器对所述磁链变化率进行低通滤波，并根据所述高通滤波器对低通滤波后的所述磁链变化率进行高通滤波，获取所述永磁电机的磁链，或者，根据所述高通滤波器对所述磁链变化率进行高通滤波，并根据所述低通滤波器对高通滤波后的所述磁链变化率进行低通滤波，获取所述永磁电机的磁链。

3.根据权利要求2所述的永磁电机无位置传感转子位置确定方法，其特征在于，通过下式获取所述永磁电机的磁链：

其中，所述对应所述低通滤波器，所述对应所述高通滤波器，所述为所述永磁电机的磁链变化率，所述W_e为所述磁链变化率的频率，所述k₁为所述第一预设参数，所述k₂为所述第二预设参数，所述φ为所述永磁电机的磁链。

4.根据权利要求2所述的永磁电机无位置传感转子位置确定方法，其特征在于，所述第一预设参数的取值范围为0.2～0.3，所述第二预设参数为所述第一预设参数的0.5倍。

5.一种永磁电机无位置传感转子位置确定装置，其特征在于，包括：

参数获取模块，用于获取永磁电机的定子电压、定子电流、定子电感以及定子电阻；

磁链变化率获取模块，用于根据所述定子电压、所述定子电流、所述定子电感以及所述定子电阻，计算所述永磁电机的磁链变化率；

滤波模块，用于对所述磁链变化率进行低通和高通滤波，获取所述永磁电机的磁链；

补偿模块，用于根据所述磁链、第一预设参数以及第二预设参数，获取准确磁链；

转子位置角度确定模块，用于根据所述准确磁链，获取所述永磁电机的转子位置角度；

所述永磁电机的准确磁链包括第一准确磁链分量以及第二准确磁链分量，所述永磁电机的磁链包括第一磁链分量以及第二磁链分量，所述补偿模块通过下式获得所述准确磁链：

其中，φ＝φ_α+jφ_β，所述φ为所述永磁电机的磁链，所述φ_α为所述第一磁链分量，所述φ_β为所述第二磁链分量，φ'＝φ'_α+jφ'_β，所述φ'为所述永磁电机的准确磁链，所述φ'_α为所述第一准确磁链分量，所述φ'_β为所述第二准确磁链分量，所述k₁为所述第一预设参数，所述k₂为所述第二预设参数。

6.根据权利要求5所述的永磁电机无位置传感转子位置确定装置，其特征在于，所述滤波模块包括：

滤波器构建模块，用于获取所述磁链变化率的频率，并根据所述频率、所述第一预设参数以及所述第二预设参数构建低通滤波器以及高通滤波器；

磁链获取模块，用于根据所述低通滤波器对所述磁链变化率进行低通滤波，并根据所述高通滤波器对低通滤波后的所述磁链变化率进行高通滤波，获取所述永磁电机的磁链，或者，用于根据所述高通滤波器对所述磁链变化率进行高通滤波，并根据所述低通滤波器对高通滤波后的所述磁链变化率进行低通滤波，获取所述永磁电机的磁链。

7.根据权利要求6所述的永磁电机无位置传感转子位置确定装置，其特征在于，所述磁链获取模块通过下式获取所述永磁电机的磁链：

其中，所述对应所述低通滤波器，所述对应所述高通滤波器，所述为所述永磁电机的磁链变化率，所述W_e为所述磁链变化率的频率，所述k₁为所述第一预设参数，所述k₂为所述第二预设参数，所述φ为所述永磁电机的磁链。

8.根据权利要求6所述的永磁电机无位置传感转子位置确定装置，其特征在于，所述第一预设参数的取值范围为0.2～0.3，所述第二预设参数为所述第一预设参数的0.5倍。