CN114050755B - 基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法 - Google Patents

基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法 Download PDF

Info

Publication number
CN114050755B
CN114050755B CN202210029334.6A CN202210029334A CN114050755B CN 114050755 B CN114050755 B CN 114050755B CN 202210029334 A CN202210029334 A CN 202210029334A CN 114050755 B CN114050755 B CN 114050755B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
permanent magnet
voltage
synchronous motor
magnet synchronous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210029334.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114050755A (zh
Inventor
张树林
宋文胜
宋玉明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hope Senlan Science & Technology Corp ltd
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Hope Senlan Science & Technology Corp ltd
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hope Senlan Science & Technology Corp ltd, Southwest Jiaotong University filed Critical Hope Senlan Science & Technology Corp ltd
Priority to CN202210029334.6A priority Critical patent/CN114050755B/zh
Publication of CN114050755A publication Critical patent/CN114050755A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114050755B publication Critical patent/CN114050755B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/09—Motor speed determination based on the current and/or voltage without using a tachogenerator or a physical encoder
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/11—Determination or estimation of the rotor position or other motor parameters based on the analysis of high frequency signals
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，属永磁同步电机控制领域，该算法通过旋转变换将采样电流中包含的基频电流转化为直流量后使用高通滤波器提取高频电流，在避免高阶滤波器使用的同时使得高频电流提取过程中的幅值衰减和相位延时被有效抑制，再通过对滤波器特性进行分析，给出一种可以同时对高频电流的幅值和相位进行补偿的方法，使得所提取的高频电流最大程度的接近真实值，有效提高了高频旋转电压注入法对转子位置的观测精度。同时，该算法具有实现简单，通用性强的优点。

Description

基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制领域中无位置传感器控制领域，具体涉及一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法。
背景技术
目前，永磁同步电机因其功率密度大、调速范围宽等优点被广泛应用于工业传动领域。在永磁同步电机控制系统中，能否准确获取转子位置信息是影响控制系统性能的关键。通常获取转子位置信息的方法是增加一个位置传感器。这种方法虽然可以精确获取转子位置，但是由于增加了硬件设备，因此导致系统成本增加，同时降低了系统的可靠性。为此，永磁同步电机无位置传感器控制算法是目前研究的重点和难点。
传统基于电机基频模型的无位置传感器控制算法由于其低速性能较差，因此通常仅被应用于中高速区。为了提高永磁同步电机低速控制性能，利用永磁同步电机的高频模型的转子位置观测算法得到了越来越多的关注。其中，基于高频旋转电压注入法的永磁同步电机位置观测算法由于其低速性能好，参数鲁棒性高被广泛应用于永磁同步电机的低速运行场合。但是，传统基于高频旋转电压注入法的永磁同步电机位置观测算法中大量使用滤波器，其会对包含转子位置信息的高频电流造成严重的幅值衰减和相位延时，严重影响位置观测精度。另外，传统算法为了保证高频电流的提取效果，通常需要设计复杂的高阶滤波器，这使得控制算法的数字化实现变得非常困难，不利于工程应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，通过对采样电流进行旋转变化，使得仅使用简单的低阶滤波器就可以取得较好的高频电流提取效果，避免了复杂的高阶滤波器设计。同时，通过引入幅值补偿系数K和补偿角度
Figure 450451DEST_PATH_IMAGE001
对计算得到的高频电流进行补偿，提高了高频旋转电压注入算法的位置观测精度和系统的带宽。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
提供一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，其包括以下步骤：
S1，检测输入永磁同步电机的三相电流
Figure 367592DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 85012DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 480221DEST_PATH_IMAGE004
，并进行克拉克变换得到两相静止
Figure 232276DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的采样电流
Figure 54739DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 321772DEST_PATH_IMAGE007
。
S2，将所述两相静止
Figure 956891DEST_PATH_IMAGE008
坐标系下的采样电流
Figure 625769DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 556816DEST_PATH_IMAGE007
，根据观测的转子位置
Figure 311146DEST_PATH_IMAGE009
，通过旋转变换P 1得到两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 48157DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 509226DEST_PATH_IMAGE011
。
S3，将所述两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 939070DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 118379DEST_PATH_IMAGE011
通过一个高通滤波器H 1，得到由注入高频旋转电压产生的两相基频旋转dq坐标系下的高频电流
Figure 393502DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 473191DEST_PATH_IMAGE013
。
S4，将所述两相基频旋转dq坐标系下的高频电流
Figure 808358DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 537279DEST_PATH_IMAGE013
，根据所述观测的转子位置
Figure 553777DEST_PATH_IMAGE009
和高频旋转电压相位角
Figure 51754DEST_PATH_IMAGE014
，通过旋转变换P 2得到两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 761084DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 711723DEST_PATH_IMAGE016
。
S5，将所述两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 594228DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 884395DEST_PATH_IMAGE016
通过一个高通滤波器H 2，得到高频电流中包含转子位置信息的观测分量
Figure 826944DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 264878DEST_PATH_IMAGE018
。
S6，将所述包含转子位置信息的观测分量
Figure 121713DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 594283DEST_PATH_IMAGE018
乘以幅值补偿系数K并旋转一个补偿角度
Figure 645416DEST_PATH_IMAGE019
得到高频电流中包含转子位置信息的真实分量
Figure 570646DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 794954DEST_PATH_IMAGE021
。
S7，将所述包含转子位置信息的真实分量
Figure 794134DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 78485DEST_PATH_IMAGE021
，根据所述观测的转子位置
Figure 428695DEST_PATH_IMAGE022
和所述高频旋转电压相位角
Figure 456694DEST_PATH_IMAGE023
，通过旋转变换P 3并取其实部得到转子位置误差信息
Figure 638277DEST_PATH_IMAGE024
，将所述转子位置误差信息
Figure 264168DEST_PATH_IMAGE025
通过一个锁相环即可得到永磁同步电机观测的转子位置
Figure 163991DEST_PATH_IMAGE022
。
进一步地，所述S1中两相静止
Figure 730101DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的采样电流
Figure 969453DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 330027DEST_PATH_IMAGE007
可表示为：
Figure 654829DEST_PATH_IMAGE026
其中
Figure 24630DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 915226DEST_PATH_IMAGE028
为两相静止
Figure 649964DEST_PATH_IMAGE008
坐标系下的基频电流，
Figure 258800DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 868510DEST_PATH_IMAGE030
为所述两相静止
Figure 879192DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流。
进一步地，所述S2中旋转变换P 1的变换矩阵可表示为：
Figure 847148DEST_PATH_IMAGE031
其中
Figure 880963DEST_PATH_IMAGE022
为所述观测的转子位置。
进一步地，所述S2中两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 592567DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 457755DEST_PATH_IMAGE011
可表示为：
Figure 534295DEST_PATH_IMAGE032
其中
Figure 117723DEST_PATH_IMAGE033
、
Figure 305122DEST_PATH_IMAGE034
为两相基频旋转dq坐标系下的基频电流，
Figure 290395DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 600154DEST_PATH_IMAGE013
为所述两相基频旋转dq坐标系下的高频电流。
进一步地，所述S3中高通滤波器H 1为一个一阶巴特沃斯高通滤波器，定义其截止频率为
Figure 107096DEST_PATH_IMAGE035
。
进一步地，所述S3中注入高频旋转电压可表示为：
Figure 160503DEST_PATH_IMAGE036
其中
Figure 937966DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 418626DEST_PATH_IMAGE038
为所述高频旋转电压，
Figure 711067DEST_PATH_IMAGE039
为所述高频旋转电压的幅值，
Figure 505848DEST_PATH_IMAGE040
为所述高频旋转电压的角频率。
进一步地，所述S3中两相基频旋转dq坐标系下的高频电流
Figure 200134DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 789379DEST_PATH_IMAGE042
可表示为：
Figure 834695DEST_PATH_IMAGE044
其中
Figure 666123DEST_PATH_IMAGE045
为真实的转子位置，
Figure 214916DEST_PATH_IMAGE023
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 302957DEST_PATH_IMAGE022
为所述观测的转子位置，
Figure 507674DEST_PATH_IMAGE046
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 706574DEST_PATH_IMAGE047
为永磁同步电机q轴电感。
进一步地，所述S4中旋转变换P 2的变换矩阵可表示为：
Figure 47557DEST_PATH_IMAGE048
其中
Figure 306500DEST_PATH_IMAGE023
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 998512DEST_PATH_IMAGE022
为所述观测的转子位置。
进一步地，所述S4中两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 735524DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 695127DEST_PATH_IMAGE050
可表示为：
Figure 124972DEST_PATH_IMAGE052
其中
Figure 38701DEST_PATH_IMAGE045
为真实的转子位置，
Figure 579404DEST_PATH_IMAGE046
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 160558DEST_PATH_IMAGE047
为永磁同步电机q轴电感，
Figure 495724DEST_PATH_IMAGE040
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure 162329DEST_PATH_IMAGE053
为所述高频旋转电压的幅值。
进一步地，所述S5中高通滤波器H 2为一个一阶巴特沃斯高通滤波器，定义其截止频率为
Figure 241143DEST_PATH_IMAGE054
。
进一步地，所述S5中包含转子位置信息的观测分量
Figure 175339DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 681407DEST_PATH_IMAGE056
可表示为：
Figure 835308DEST_PATH_IMAGE057
其中
Figure 717813DEST_PATH_IMAGE045
为真实的转子位置，
Figure 7980DEST_PATH_IMAGE023
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 950528DEST_PATH_IMAGE046
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 326146DEST_PATH_IMAGE047
为永磁同步电机q轴电感，
Figure 746763DEST_PATH_IMAGE040
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure 655551DEST_PATH_IMAGE053
为所述高频旋转电压的幅值。
进一步地，所述S6中幅值补偿系数K可表示为：
Figure 503421DEST_PATH_IMAGE058
其中
Figure 366335DEST_PATH_IMAGE040
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure 590643DEST_PATH_IMAGE059
为所述高通滤波器H 1的截止频率，
Figure 855402DEST_PATH_IMAGE054
为所述高通滤波器H 2的截止频率。
进一步地，所述S6中补偿角度
Figure 139753DEST_PATH_IMAGE019
可表示为：
Figure 489963DEST_PATH_IMAGE060
。
进一步地，所述S6中包含转子位置信息的真实分量
Figure 252383DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 433965DEST_PATH_IMAGE021
可表示为：
Figure 325436DEST_PATH_IMAGE061
其中
Figure 225258DEST_PATH_IMAGE062
为真实的转子位置，
Figure 791369DEST_PATH_IMAGE063
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 765141DEST_PATH_IMAGE064
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 391295DEST_PATH_IMAGE065
为永磁同步电机q轴电感，
Figure 716097DEST_PATH_IMAGE040
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure 820319DEST_PATH_IMAGE066
为所述高频旋转电压的幅值。
进一步地，所述S7中旋转变换P 3的变换矩阵可表示为：
Figure 976494DEST_PATH_IMAGE067
其中
Figure 711232DEST_PATH_IMAGE068
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 320067DEST_PATH_IMAGE069
为所述观测的转子位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1) 通过旋转变换P 1将交流信号与交流信号的分离过程转化为直流信号与交流信号的分离，避免了复杂的高阶滤波器的设计，算法实现简单；
(2) 将基频电流转化为直流量进行滤除，使得滤波器在设计时可以选取较低的截止频率，在保证滤波效果的同时最大限度的降低由于滤波器导致的高频电流幅值衰减和相位延时；
(3) 通过对所选用的高通滤波器H 1和高通滤波器H 2的性质进行分析，引入幅值补偿系数K和补偿角度
Figure 929778DEST_PATH_IMAGE019
对计算得到的高频电流进行补偿，使得补偿后的高频电流与真实值之间的误差进一步降低，有效提高了高频旋转电压注入法的转子位置观测精度。
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为锁相环结构原理图；
图2为本发明所提基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法的实现流程图；
图3为传统算法永磁同步电机转子位置观测结果，其中(a)为转子位置观测值和转子位置真实值的仿真波形，(b)为转子位置观测值与转子位置真实值之间的误差的仿真波形；
图4为本发明所提算法永磁同步电机转子位置观测结果，其中(a)为转子位置观测值和转子位置真实值的仿真波形，(b)为转子位置观测值与转子位置真实值之间的误差的仿真波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
具体的实施步骤如下：
一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，包括以下步骤:
步骤1：建立永磁同步电机两相静止
Figure 940459DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流响应模型。当高频电流频率远大于基频电流频率时，永磁同步电机两相静止
Figure 908415DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流响应可表示为：
Figure 942231DEST_PATH_IMAGE071
其中
Figure 388255DEST_PATH_IMAGE072
、
Figure 456706DEST_PATH_IMAGE073
为两相静止
Figure 595563DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的注入高频旋转电压，
Figure 178991DEST_PATH_IMAGE074
、
Figure 366390DEST_PATH_IMAGE075
为两相静止
Figure 351663DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流，
Figure 97640DEST_PATH_IMAGE045
为真实的转子位置。
Figure 168364DEST_PATH_IMAGE076
、
Figure 221771DEST_PATH_IMAGE077
分别为永磁同步电机的均值电感和半差电感，其可表示为：
Figure 999234DEST_PATH_IMAGE078
其中
Figure 479894DEST_PATH_IMAGE079
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 710018DEST_PATH_IMAGE080
为永磁同步电机q轴电感，p为微分算子。
步骤2：注入高频旋转电压，并得到高频电流表达式。在两相静止
Figure 567116DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下注入高频旋转电压
Figure 261402DEST_PATH_IMAGE081
、
Figure 850647DEST_PATH_IMAGE073
，其可表示为：
Figure 895963DEST_PATH_IMAGE036
其中
Figure 727391DEST_PATH_IMAGE082
为所述高频旋转电压的幅值，
Figure 276184DEST_PATH_IMAGE083
为所述高频旋转电压的角频率。
在该高频旋转电压作用下，根据步骤1中的高频电流响应模型可以得到两相静止
Figure 364225DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流
Figure 568942DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure 502263DEST_PATH_IMAGE075
表示为：
Figure 171141DEST_PATH_IMAGE085
其中
Figure 367767DEST_PATH_IMAGE068
为所述高频旋转电压的相位角。
步骤3：采样永磁同步电机的三相电流
Figure 856518DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 796792DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 320177DEST_PATH_IMAGE004
，并进行克拉克变换得到两相静止
Figure 484442DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的采样电流
Figure 998223DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 538926DEST_PATH_IMAGE007
。克拉克变换可表示为：
Figure 854501DEST_PATH_IMAGE086
其中采样电流
Figure 455247DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 918589DEST_PATH_IMAGE007
包括了两相静止
Figure 200666DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的基频电流
Figure 698643DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 204711DEST_PATH_IMAGE028
和两相静止
Figure 358612DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流
Figure 241117DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure 29819DEST_PATH_IMAGE075
，其可以表示为：
Figure 706788DEST_PATH_IMAGE087
。
步骤4：将步骤3中的采样电流
Figure 144723DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 768602DEST_PATH_IMAGE007
通过旋转变换P 1进行变换，得到两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 975593DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 26725DEST_PATH_IMAGE011
。定义
Figure 951956DEST_PATH_IMAGE069
为观测的转子位置角，旋转变换P 1的变换矩阵为：
Figure 176264DEST_PATH_IMAGE031
两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 441023DEST_PATH_IMAGE088
、
Figure 725374DEST_PATH_IMAGE089
中包括了两相基频旋转dq坐标系的基频电流
Figure 308540DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 336539DEST_PATH_IMAGE091
和两相基频旋转dq坐标系的高频电流
Figure 518121DEST_PATH_IMAGE092
、
Figure 911056DEST_PATH_IMAGE093
。其中
Figure 810879DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 314673DEST_PATH_IMAGE091
为直流量，
Figure 350762DEST_PATH_IMAGE092
、
Figure 914599DEST_PATH_IMAGE093
为交流量。
步骤5：将步骤4中的两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 36138DEST_PATH_IMAGE088
、
Figure 842158DEST_PATH_IMAGE089
通过一个高通滤波器H 1滤除其中的直流量
Figure 998333DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 795388DEST_PATH_IMAGE091
，得到两相基频旋转dq坐标系的高频电流
Figure 341907DEST_PATH_IMAGE092
、
Figure 249820DEST_PATH_IMAGE093
。根据步骤2中得到的两相静止
Figure 260501DEST_PATH_IMAGE005
坐标系下的高频电流
Figure 166140DEST_PATH_IMAGE084
、
Figure 262272DEST_PATH_IMAGE075
并结合旋转变换P 1，得到
Figure 911559DEST_PATH_IMAGE092
、
Figure 42326DEST_PATH_IMAGE093
可以表示为：
Figure 617402DEST_PATH_IMAGE094
。
步骤6：将步骤5中的两相基频旋转dq坐标系的高频电流
Figure 935251DEST_PATH_IMAGE092
、
Figure 388229DEST_PATH_IMAGE093
通过旋转变换P 2，得到两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 373502DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 683261DEST_PATH_IMAGE096
。旋转变换P 2的变换矩阵为：
Figure 426089DEST_PATH_IMAGE097
两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 479496DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 256959DEST_PATH_IMAGE096
可表示为：
Figure 737619DEST_PATH_IMAGE098
。
步骤7：将步骤6中的两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 295639DEST_PATH_IMAGE095
、
Figure 323376DEST_PATH_IMAGE096
通过高通滤波器H 2得到包含转子位置信息的观测分量
Figure 283241DEST_PATH_IMAGE099
、
Figure 872486DEST_PATH_IMAGE100
，其可表示为：
Figure 652223DEST_PATH_IMAGE101
。
步骤8：对高通滤波器H 1和高通滤波器H 2导致的幅值衰减和相位延时进行补偿。根据滤波器性质，在高通滤波器H 1和高通滤波器H 2共同作用下，共计造成的幅值衰减系数为
Figure 985115DEST_PATH_IMAGE102
，相位延时角度为
Figure 799488DEST_PATH_IMAGE103
，其表达式为：
Figure 559633DEST_PATH_IMAGE104
因此，包含转子位置信息的真实分量
Figure 826666DEST_PATH_IMAGE105
、
Figure 461785DEST_PATH_IMAGE100
与包含转子位置信息的观测分量
Figure 130664DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 124027DEST_PATH_IMAGE018
之间的关系为：
Figure 816040DEST_PATH_IMAGE106
定义幅值补偿系数K和补偿角度
Figure 818631DEST_PATH_IMAGE019
为：
Figure 279699DEST_PATH_IMAGE107
则包含转子位置信息的真实分量
Figure 443964DEST_PATH_IMAGE099
、
Figure 685590DEST_PATH_IMAGE100
可以表示为：
Figure 163976DEST_PATH_IMAGE108
。
步骤9：通过旋转变换P 3并提取实部得到转子位置误差信息。旋转变换P3的变换矩阵为：
Figure 978086DEST_PATH_IMAGE109
定义转子位置误差
Figure 578831DEST_PATH_IMAGE110
为：
Figure 42174DEST_PATH_IMAGE111
转子位置误差
Figure 324250DEST_PATH_IMAGE025
计算方法为：
Figure 556649DEST_PATH_IMAGE112
。
步骤10：将步骤9得到的转子位置误差
Figure 265979DEST_PATH_IMAGE024
通过一个锁相环得到永磁同步电机转子位置。锁相环结构原理图如图1所示。
图2给出本发明所提基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法的实现流程图。
图3为传统算法永磁同步电机转子位置观测结果，其中(a)为转子位置观测值和转子位置真实值的仿真波形，(b)为转子位置观测值与转子位置真实值之间的误差的仿真波形。
图4为本发明所提算法永磁同步电机转子位置观测结果，其中(a)为转子位置观测值和转子位置真实值的仿真波形，(b)为转子位置观测值与转子位置真实值之间的误差的仿真波形。
通过对比可以发现，本发明提出的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法能够有效提高永磁同步电机转子位置观测精度。上述结果验证了该方法的有效性和可行性。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，检测输入永磁同步电机的三相电流
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，并进行克拉克变换得到两相静止
Figure DEST_PATH_IMAGE004
坐标系下的采样电流
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
；
S2，将所述两相静止
Figure 832882DEST_PATH_IMAGE004
坐标系下的采样电流
Figure 750023DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 90612DEST_PATH_IMAGE006
，根据观测的转子位置
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，通过旋转 变换P 1得到两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
S3，将所述两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 548138DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 424827DEST_PATH_IMAGE009
通过一个一阶巴特沃斯高通滤波 器H 1，得到由注入高频旋转电压产生的两相基频旋转dq坐标系下的高频电流
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE011
；
S4，将所述两相基频旋转dq坐标系下的高频电流
Figure 309606DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 576640DEST_PATH_IMAGE011
，根据所述观测的转子位置
Figure 775540DEST_PATH_IMAGE007
和高频旋转电压相位角
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，通过旋转变换P 2得到两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
S5，将所述两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure 70517DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 63881DEST_PATH_IMAGE014
通过一个一阶巴特沃斯高通 滤波器H 2，得到高频电流中包含转子位置信息的观测分量
Figure DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
S6，将所述包含转子位置信息的观测分量
Figure 880527DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 617539DEST_PATH_IMAGE016
乘以幅值补偿系数K并旋转一个 补偿角度
Figure DEST_PATH_IMAGE017
得到高频电流中包含转子位置信息的真实分量
Figure DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，所述补偿系数K 表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为所述一阶巴特沃斯高通滤波器H 1的截止 频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为所述一阶巴特沃斯高通滤波器H 2的截止频率，所述补偿角度
Figure 832270DEST_PATH_IMAGE017
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；
S7，将所述包含转子位置信息的真实分量
Figure 324431DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 566056DEST_PATH_IMAGE019
，根据所述观测的转子位置
Figure 841180DEST_PATH_IMAGE007
和所述高频旋转电压相位角
Figure 546968DEST_PATH_IMAGE012
，通过旋转变换P 3并取其实部得到转子位置误差信息
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，将 所述转子位置误差信息
Figure DEST_PATH_IMAGE027
通过一个锁相环即可得到永磁同步电机观测的转子位置
Figure 445916DEST_PATH_IMAGE007
，其 中所述旋转变换P 3表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
取实部得到转子位置误差信息
Figure 174837DEST_PATH_IMAGE026
计算方法为：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为永磁同步电机d轴电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为永磁同步电机q轴电感，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为所述高频旋转电压 的角频率，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
为所述高频旋转电压的幅值，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为真实的转子位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算 法，其特征在于，所述S1中两相静止
Figure 440603DEST_PATH_IMAGE004
坐标系下的采样电流
Figure 938580DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 710227DEST_PATH_IMAGE006
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure DEST_PATH_IMAGE037
为两相静止
Figure 284034DEST_PATH_IMAGE004
坐标系下的基频电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure DEST_PATH_IMAGE039
为所述两相静止
Figure 228857DEST_PATH_IMAGE004
坐标系下的高频电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，其特征在于，所述S2中旋转变换P 1的变换矩阵可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
其中
Figure 581340DEST_PATH_IMAGE007
为所述观测的转子位置；
所述S2中两相基频旋转dq坐标系下的采样电流
Figure 586206DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 24140DEST_PATH_IMAGE009
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为两相基频旋转dq坐标系下的基频电流，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为所述两相基频旋 转dq坐标系下的高频电流。
4.根据权利要求1所述的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，其特征在于，所述S3中注入高频旋转电压可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure DEST_PATH_IMAGE048
为所述高频旋转电压，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为所述高频旋转电压的幅值，
Figure 133173DEST_PATH_IMAGE032
为所述高频 旋转电压的角频率；
所述S3中两相基频旋转dq坐标系下的高频电流
Figure DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure DEST_PATH_IMAGE051
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
其中
Figure 668059DEST_PATH_IMAGE034
为真实的转子位置，
Figure 172439DEST_PATH_IMAGE012
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 97670DEST_PATH_IMAGE007
为所述观测的转子位 置，
Figure 321978DEST_PATH_IMAGE030
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 445791DEST_PATH_IMAGE031
为永磁同步电机q轴电感。
5.根据权利要求1所述的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法，其特征在于，所述S4中旋转变换P 2的变换矩阵可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 792459DEST_PATH_IMAGE007
为所述观测的转子位置；
所述S4中两相高频旋转xy坐标系下的高频电流
Figure DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure DEST_PATH_IMAGE056
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
其中
Figure 267303DEST_PATH_IMAGE034
为真实的转子位置，
Figure 295302DEST_PATH_IMAGE030
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 40666DEST_PATH_IMAGE031
为永磁同步电机q轴电感，
Figure 230339DEST_PATH_IMAGE032
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure 130162DEST_PATH_IMAGE033
为所述高频旋转电压的幅值。
6.根据权利要求1所述的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算 法，其特征在于，所述S5中包含转子位置信息的观测分量
Figure 758589DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 60258DEST_PATH_IMAGE016
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
其中
Figure 483149DEST_PATH_IMAGE034
为真实的转子位置，
Figure 870268DEST_PATH_IMAGE012
为所述高频旋转电压相位角，
Figure 240069DEST_PATH_IMAGE030
为永磁同步电机d轴电 感，
Figure 192982DEST_PATH_IMAGE031
为永磁同步电机q轴电感，
Figure 990036DEST_PATH_IMAGE032
为所述高频旋转电压的角频率，
Figure 598872DEST_PATH_IMAGE033
为所述高频旋转电 压的幅值。
7.根据权利要求1所述的一种基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算 法，其特征在于，所述S6中包含转子位置信息的真实分量
Figure 333217DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 343898DEST_PATH_IMAGE019
可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE059
其中K为所述幅值补偿系数，
Figure 374171DEST_PATH_IMAGE017
为所述补偿角度，
Figure 470303DEST_PATH_IMAGE034
为真实的转子位置，
Figure 181907DEST_PATH_IMAGE012
为所述高频 旋转电压相位角，
Figure 843832DEST_PATH_IMAGE030
为永磁同步电机d轴电感，
Figure 982690DEST_PATH_IMAGE031
为永磁同步电机q轴电感，
Figure 566118DEST_PATH_IMAGE032
为所述高频 旋转电压的角频率，
Figure 815834DEST_PATH_IMAGE049
为所述高频旋转电压的幅值。
CN202210029334.6A 2022-01-12 2022-01-12 基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法 Active CN114050755B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210029334.6A CN114050755B (zh) 2022-01-12 2022-01-12 基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210029334.6A CN114050755B (zh) 2022-01-12 2022-01-12 基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114050755A CN114050755A (zh) 2022-02-15
CN114050755B true CN114050755B (zh) 2022-03-29

Family

ID=80196359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210029334.6A Active CN114050755B (zh) 2022-01-12 2022-01-12 基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114050755B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116995974B (zh) * 2023-05-24 2024-03-08 北京中科昊芯科技有限公司 一种控制电机运转的方法、装置、介质及电子设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108336937A (zh) * 2018-02-27 2018-07-27 武汉理工大学 一种基于高频信号注入法的永磁同步电机转子位置误差补偿方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5098439B2 (ja) * 2007-05-25 2012-12-12 株式会社明電舎 永久磁石同期電動機のセンサレス制御装置
US7952308B2 (en) * 2008-04-04 2011-05-31 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for torque ripple reduction
EP2693226A4 (en) * 2011-03-30 2016-03-02 Shenzhen Invt Electric Co Ltd METHOD FOR IDENTIFYING INDUCTANCE PARAMETERS OF A SYNCHRONOUS ENGINE AND ITS IMPLEMENTING SYSTEM
EP2552014A3 (en) * 2011-07-28 2016-08-17 Vestas Wind Systems A/S A method of position sensorless control of an electrical machine
CN105375847A (zh) * 2015-12-14 2016-03-02 上海中科深江电动车辆有限公司 一种提高永磁同步电机转子位置检测精度的方法
CN108206659B (zh) * 2018-02-07 2020-04-07 丽水博远科技有限公司 基于旋转高频注入算法的永磁同步电机转子位置估计方法
CN108900127B (zh) * 2018-06-29 2020-06-26 南京理工大学 考虑交叉耦合效应的ipmsm低速段无位置传感器控制方法
CN109067283A (zh) * 2018-07-27 2018-12-21 江苏大学 一种永磁同步电机转子初始位置辨识系统及方法
CN109450304B (zh) * 2018-12-21 2020-03-20 博众精工科技股份有限公司 一种基于信号注入的位置辨识方法
CN112737450B (zh) * 2020-12-24 2022-11-04 上海大学 一种用于spmsm转子位置估计的高频注入补偿方法
CN112737440B (zh) * 2020-12-24 2022-11-18 上海大学 一种电机转子位置信息获取方法及系统
CN112865648A (zh) * 2021-01-25 2021-05-28 北京理工大学 一种结合参数辨识的永磁同步电机高频电压注入控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108336937A (zh) * 2018-02-27 2018-07-27 武汉理工大学 一种基于高频信号注入法的永磁同步电机转子位置误差补偿方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114050755A (zh) 2022-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110429886B (zh) 一种永磁同步电机低速域转子位置辨识方法
CN112737450B (zh) 一种用于spmsm转子位置估计的高频注入补偿方法
CN107508521B (zh) 一种永磁同步电机的无速度传感器控制方法和系统
CN112003526B (zh) 一种基于低抖振滑模观测器的高速永磁同步电机无感控制系统及方法
CN110176881B (zh) 基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法
CN112737440B (zh) 一种电机转子位置信息获取方法及系统
CN109831143B (zh) 一种基于磁链观测的永磁同步电机谐波电流抑制方法
CN114598206A (zh) 永磁同步电机宽速域转子位置观测器设计方法
CN114050755B (zh) 基于高频旋转电压注入的永磁同步电机位置观测改进算法
CN112332718A (zh) 永磁同步电机全速域无传感器复合控制系统及控制方法
CN110071674A (zh) 一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN110620533A (zh) 一种表贴式永磁同步电机无传感器控制方法
CN115765563A (zh) 一种表贴式永磁同步电机转子位置及转速信息检测方法
CN111521858A (zh) 一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法
CN113241975B (zh) 消除转矩脉动的双绕组pmsm转子初始位置检测方法
CN114826042B (zh) 一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN113783494B (zh) 无位置传感器内置式永磁同步电机的最大转矩电流比控制
CN115149866A (zh) 一种永磁同步电机全速域无位置传感器矢量控制方法
CN114123870A (zh) 一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法
CN112865648A (zh) 一种结合参数辨识的永磁同步电机高频电压注入控制方法
CN112803851A (zh) 一种基于同步锁相的无刷直流电机换相误差提取方法
CN115102450B (zh) 一种具有快速动态特性的永磁同步电机转子位置估算方法
CN111049434B (zh) 一种永磁同步电机的位置解调方法
CN113131821B (zh) 一种基于载波频率成分法的永磁同步电机转速提取方法
CN115694282B (zh) 永磁同步压缩机负载转矩扰动抑制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant