CN113890448A

CN113890448A - 一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法

Info

Publication number: CN113890448A
Application number: CN202111091511.5A
Authority: CN
Inventors: 黄泽雷; 王慧贞; 刘伟峰; 沈依蓉; 肖志飞
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-01-04

Abstract

本发明公开了一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法，首先检测电励磁双凸极电机的三相电压和电流，得到电机的三相线磁链；然后将三相线磁链经过坐标变换得到α，β轴的线磁链信号；通过DSOGI‑FLL对得到的线磁链信号进行滤波锁频处理，输出线磁链基波及其正交信号；得到的α，β轴的线磁链基波及其正交信号经过负序分量消除模块得到线磁链基波正序分量；通过所得的线磁链基波正序分量计算得到转子位置。本发明步骤简单，能够在没有位置传感器的情况下获取电机速度和位置信息。

Description

一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法。

背景技术

电励磁双凸极电机凭借其结构简单，可靠性高，且控制灵活方便的特点，在航空起动/发电领域有着广阔的应用前景。该电机用于可控整流发电系统时需检测转子位置以实现准确换相，传统机械式位置传感器降低了系统可靠性，增加了成本，限制了电机的应用范围，因此研究电励磁双凸极电机无电励磁双凸极电机可控整流发电系统的无位置传感器控制技术位置传感器运行技术具有重要意义。

电励磁双凸极电机的无位置传感器控制一直是无位置传感器技术领域的难点。目前诸多的电励磁双凸极电机转子位置估计方法仅适用于特定转速领域，难以适用于电机运行的全转速范围，或是不适用于发电系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法。

一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法，包括以下步骤：

步骤1)，检测电励磁双凸极电机的三相电压和电流，通过积分计算得到电励磁双凸极电机的三相线磁链ψ_ab、ψ_ac、ψ_bc；

步骤2)，将三相线磁链ψ_ab、ψ_ac、ψ_bc进行Clark变换，得到电励磁双凸极电机在两相静止坐标系下α、β轴的线磁链ψ_α、ψ_β；

步骤3)，通过双二阶广义积分器DSOGI对得到的α、β轴的线磁链ψ_α、ψ_β进行滤波处理，并通过锁频环FLL对滤波处理后的α、β轴的线磁链ψ_α、ψ_β进行锁频处理，得到α、β轴的线磁链基波及其正交信号；

步骤4)，对α、β轴的线磁链基波及其正交信号进行负序分量消除，消除其中所含的负序分量，得到α、β轴的线磁链正序基波分量；

步骤5)，对α、β轴的线磁链正序基波分量通过反正切计算，得到电励磁双凸极电机的转子位置。

作为本发明一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法进一步的优化方案，所述步骤2)进行Clark变换的变换过程表达式为：

作为本发明一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法进一步的优化方案，步骤3)中所述双二阶广义积分器DSOGI包括用于对α、β轴的线磁链信号分别进行滤波处理的二阶广义积分器SOGI(α)、SOGI(β)，其传递函数D(s)、Q(s)分别为：

其中，ω’为SOGI的中心频率，k为SOGI的系统增益。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、利用DSOGI和FLL的幅值频率自适应性功能和滤波功能，可以准确获得基波α，β轴的线磁链ψ_α、ψ_β信号及其正交信号；

2、进行负序分量消除能去除所得基波线磁链信号中所含的负序分量从而获得准确的位置信息；

3、无需增加额外硬件电路，控制方法简单可靠；

4、无需引出电机绕组中性点，消除了中性点电压波动对无位置控制算法的影响。

附图说明

图1为本发明实施例电机控制系统的硬件框图。

图2为本发明提供的电励磁双凸极电机相反电势与线磁链随位置变化曲线。

图3为本发明所用DSOGI-FLL模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

本发明公开了一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法，包括以下步骤：

参见图1，对于谐波含量较大的电励磁双凸极电机可控整流系统，通过传感器获取三相电压和电流信号，线电压和线电势可以通过计算获得获得，以A相和C相为例，线电压U_ac线磁链ψ_ac的表达式为：

U_ac＝U_a-U_c (1)

Ψ_ac(t)＝∫[U_ac-R(i_a-i_c)]dt+Ψ_ac(0) (2)

式(1)中U_a和U_c分别为A相和C相电压，式(2)中R为相绕组内阻，i_a和i_c分别为A相和C相电流ψ_ac(0)为初始线磁链。电励磁双凸极电机相反电势与线磁链随位置变化曲线如图2所示。

将获得的线磁链信号进行Clark变换使其由三相静止坐标系变换到两相静止坐标系，得到两相磁链信号ψ_α、ψ_β，变换过程表达式为：

参见图3，双二阶广义积分器DSOGI包括用于对α、β轴的线磁链信号分别进行滤波处理的二阶广义积分器SOGI(α)、SOGI(β)，其传递函数D(s)、Q(s)分别为：

其中，ω’为SOGI的中心频率，k为SOGI的系统增益。

双二阶广义积分器DSOGI用于准确获得频率为ω’的基波线磁链信号ψ′_α和ψ′_β及其对应的正交信号qψ′_α和qψ′_β，SOGI(s)在中心频率ω’处具有无穷大增益，可以对频率为ω’的正弦信号进行无静差跟踪，同时可抑制输入信号中的高频谐波。系统增益k决定了SOGI的调节时间和超调量。

二阶广义积分器SOGI(α)和SOGI(β)共用一个锁频环FLL。锁频环FLL用于锁定磁链信号的频率。获得SOGI(s)的中心频率ω’，并以此作为双二阶广义积分器DSOGI任一积分器的输入。同时，以乘积ε_fa和乘积ε_fβ两者平均值共同作为锁频环FLL的输入。

锁频环FLL用于对α，β轴的线磁链信号进行锁频处理。具体的，锁频环FLL对SOGI(s)的中心频率ω’的锁频调整过程为：

在锁频环FLL中，α相与β相的锁频过程相同，下面仅以α相为例进行描述。当α相线磁链信号ψ_α的频率ω小于中心频率ω’时，估计误差ε_ψa与正交信号qψ′_α同相位，两者乘积ε_fa>0；当ω大于ω’时，同理；当α相线磁链信号ψ_α的频率等于中心频率ω’时，ε_fa＝0。即ε_fa极性正好与中心频率ω’需要调整的方向相反，通过增益为-Γ的积分器对ε_fa和ε_fβ的平均值进行积分逐渐调整SOGI(s)的中心频率ω’，最终使中心频率ω’等于线磁链信号的频率ω。

双二阶广义积分器DSOGI与锁频环FLL两者相互配合工作，通过双二阶广义积分器DSOGI对两相静止坐标系下的两相磁链信号进行基波提取，可在谐波含量较大的电励磁双凸极电机可控整流系统中准确获取磁链基波，具有良好适用性。

DSOGI的输入信号为含正负序和谐波分量的线磁链信号，DSOGI产生的输出信号也包含有正负序和谐波分量，具体可表示为：

正交信号分别为：

通过锁频环FLL对两相磁链信号ψ_α、ψ_β进行滤波锁频处理，得到一定频率的基波磁链信号ψ_α’、ψ_β’，通过负序分量消除模块得到线磁链正序基波分量值

和

转子位置可由上述线磁链正序基波分量值

和

计算得到：

通过上述步骤即可实现电励磁双凸极电机的转子位置检测，保证系统的无位置传感器控制性能。本发明的算法全部采用软件实现，没有占有额外的硬件资源，利用三相电枢电流及反电势信号即可高可靠的实现电励磁双凸极电机的转子位置检测。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种电励磁双凸极电机的转子位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机的转子位置检测方法，其特征在于，所述步骤2)进行Clark变换的变换过程表达式为：

3.根据权利要求1所述的电励磁双凸极电机的转子位置检测方法，其特征在于，步骤3)中所述双二阶广义积分器DSOGI包括用于对α、β轴的线磁链信号分别进行滤波处理的二阶广义积分器SOGI(α)、SOGI(β)，其传递函数D(s)、Q(s)分别为：

其中，ω’为SOGI的中心频率，k为SOGI的系统增益。