CN107395086B - 一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法，以高频响应电流信号作为调制信号对高频响应电流进行调制处理，然后经过低通滤波，再经过简单的运算得到电机转子d轴位置信息，再利用磁路饱和性原理区分N、S极，完成转子初始位置检测。由于本发明方法省去了传统的高频注入法检测转子位置方法中提取转子负序分量，或提取高频响应电流后进行线性近似、曲线拟合等一系列步骤，实现简单、计算量小，并且计算过程中消掉了电机参数的影响，鲁棒性高。

Description

一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

技术领域

本发明属电机控制技术领域，具体涉及一种基于旋转高频电压注入的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法。

背景技术

目前对永磁同步电机无位置传感器控制方法研究由来已久，当前基于旋转高频电压注入的永磁同步电机转子初始位置检测方法，大多采用向定子绕组注入旋转高频电压信号，在绕组响应电流中经带通滤波提取高频响应电流，高频响应电流含有正序电流分量和负序电流分量，其中负序电流分量含有转子位置信息，提取转子负序电流分量后经过解算就可以计算出转子角度，但这种方法解调算法复杂，运算量大，在实际应用中往往问题较多。

文献《一种新型永磁同步电机转子初始位置检测方法》省去提取负序分量这一过程，根据定子三相绕组高频电流响应幅值大小随转子位置角不同而变化的规律，进行数学线性近似后，通过简单运算就可以得到转子d轴位置信息，这种方法计算方法简单，鲁棒性强，但正弦信号进行线性近似会带来一定误差。事实上，通过对高频响应电流观察可以得到，电流具有一定意义的对称性，如果能找到更为简单的步骤，对电流信号进行简单的处理就能提取出转子位置信息，将减小位置检测的计算量，使提取转子位置过程更为简单。

发明内容

为了克服现有基于旋转高频电压注入提取转子初始位置的方法过程复杂、存在理论误差等不足，本发明提供一种更为简易可行的内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法。

一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：给永磁同步电机定子三相绕组注入高频旋转电压信号，检测定子三相绕组响应电流，将三相绕组响应电流变换到两相静止坐标系，然后通过带通滤波提取高频响应电流i_αh、i_βh如下：

其中，i_αh为两相静止坐标系下的α轴高频响应电流，i_βh为两相静止坐标系下的β轴高频响应电流；U_m、ω_h分别为注入高频旋转电压信号的幅值和角频率，L₀＝(L_d+L_q)/2，L₁＝(L_d-L_q)/2，L_d，L_q分别为永磁同步电机直轴、交轴电感；θ为转子位置角，t为时间；

步骤2：分别按下式对高频响应电流i_αh、i_βh进行调制处理，得到调制后信号：

其中，i_αh×i_αh表示高频响应电流i_αh以自身为调制信号相乘进行调制处理，i_βh×i_βh表示高频响应电流i_βh以自身为调制信号相乘进行调制处理，i_αh×i_βh表示高频响应电流i_αh以i_βh为调制信号相乘进行调制处理，

步骤3：分别按下式对步骤2得到的调制后信号进行低通滤波，得到滤波后信号：

i_αβ＝LPF(i_αh×i_βh)＝-K²L₀L₁ sin 2θ (5)

i_βα＝LPF(i_βh×i_βh-i_αh×i_αh)＝2K²L₀L₁ cos 2θ (6)

其中，i_αβ、i_βα为调制后的信号低通滤波后的信号；LPF表示低通滤波处理；

当i_βα≠0时，按下式计算得到转子位置角θ：

当i_βα＝0时，按下式计算得到转子位置角θ：

步骤4：依据磁路饱和性原理分别对转子位置角θ和θ+π两个方向进行脉冲注入，检测响应电流，响应电流幅值大的一端为N极，幅值小的一端为S极，完成转子初始位置检测。

本发明的有益效果是：只需使用高频响应电流作为调制信号对高频响应电流进行调制处理，然后经过低通滤波，再经过简单的运算就可以得到转子d轴位置信息，再通过磁路饱和性原理区分N、S极，从而完成转子初始位置检测。该方法省去了传统的高频注入法检测转子位置方法中提取转子负序分量，或提取高频响应电流后进行线性近似、曲线拟合等一系列步骤，实现简单，计算量小，并且计算过程中消掉了电机参数对该方法的影响，鲁棒性高。

附图说明

图1为本发明的一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法流程图

图2为采用本发明方法进行永磁同步电机转子d轴位置检测的结构图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

如图1所示，本发明的一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法，实现过程如下：

1、提取高频响应电流：在永磁同步电机定子三相绕组中注入三相对称的高频电压信号，在定子中产生相应的高频响应电流。检测定子三相响应电流，并将响应电流采用3/2变换变换到两相静止坐标系，然后通过BPF(带通滤波器，本实施例采用低阶的butterworth滤波器)提取高频响应电流：

其中，U_m、ω_h分别为注入高频旋转电压信号的幅值和角频率，L₀＝(L_d+L_q)/2，L₁＝(L_d-L_q)/2；L_d，L_q分别为永磁同步电机直轴、交轴电感；θ为转子位置角，t为时间，i_αh、i_βh分别为两相静止坐标系下的α轴、β轴高频响应电流。

2、高频响应电流调制处理：分别按下式对高频响应电流进行处理，得到调制后的信号：

其中，i_αh×i_αh、i_βh×i_βh分别表示i_αh和i_βh以自身作为调制信号进行调制处理，i_αh×i_βh表示i_αh以i_βh作为调制信号进行调制处理。

3、低通滤波：分别按下式对步骤2得到的调制后信号进行低通滤波，得到滤波后的信号：

i_αβ＝LPF(i_αh×i_βh)＝-K²L₀L₁ sin 2θ (13)

i_βα＝LPF(i_βh×i_βh-i_αh×i_αh)＝2K²L₀L₁ cos 2θ (14)

其中，i_αβ、i_βα为调制后的信号低通滤波后的信号；LPF表示低通滤波处理，本实施例采用一阶惯性环节实现低通滤波。

4、计算得到转子位置角：

(1)当i_βα≠0，时按下式计算得到转子位置角θ：

(2)当i_βα＝0时，按下式计算得到转子位置角θ：

5、区分转子N、S极：以上方法得到的转子位置角θ范围为[0,π]，相当于只能得到转子d轴位置，采用d轴磁路饱和法，分别对检测出的转子位置角θ及θ+π方向进行脉冲注入，检测响应电流，响应电流幅值大的一端为N极，幅值小的一端为S极，从而完成转子初始位置检测。其原理为：当定子绕组电流产生的磁场与永磁体磁场方向相同时，会使d轴磁路过饱和，磁阻增大，d轴电感减小，使得响应电流变大；反之，会使d轴磁路退饱和，磁阻减小，d轴电感增加，使得响应电流变小。

Claims (1)

1.一种内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：给永磁同步电机定子三相绕组注入高频旋转电压信号，检测定子三相绕组响应电流，将三相绕组响应电流变换到两相静止坐标系，然后通过带通滤波提取高频响应电流i_αh、i_βh如下：

其中，i_αh为两相静止坐标系下的α轴高频响应电流，i_βh为两相静止坐标系下的β轴高频响应电流；U_m、ω_h分别为注入高频旋转电压信号的幅值和角频率，L₀＝(L_d+L_q)/2，L₁＝(L_d-L_q)/2，L_d，L_q分别为永磁同步电机直轴、交轴电感；θ为转子位置角，t为时间；

步骤2：分别按下式对高频响应电流i_αh、i_βh进行调制处理，得到调制后信号：

其中，i_αh×i_αh表示高频响应电流i_αh以自身为调制信号相乘进行调制处理，i_βh×i_βh表示高频响应电流i_βh以自身为调制信号相乘进行调制处理，i_αh×i_βh表示高频响应电流i_αh以i_βh为调制信号相乘进行调制处理，

步骤3：分别按下式对步骤2得到的调制后信号进行低通滤波，得到滤波后信号：

i_αβ＝LPF(i_αh×i_βh)＝-K²L₀L₁sin2θ (5)

i_βα＝LPF(i_βh×i_βh-i_αh×i_αh)＝2K²L₀L₁cos2θ (6)

其中，i_αβ、i_βα为调制后的信号低通滤波后的信号；LPF表示低通滤波处理；

当i_βα≠0时，按下式计算得到转子位置角θ：

当i_βα＝0时，按下式计算得到转子位置角θ：

步骤4：依据磁路饱和性原理分别对转子位置角θ和θ+π两个方向进行脉冲注入，检测响应电流，响应电流幅值大的一端为N极，幅值小的一端为S极，完成转子初始位置检测。