CN114123870B - 一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于永磁电机位置检测领域，提供了一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法，根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量；根据电机模型计算出反电动势，通过积分得到转子磁通，并通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量；通过反正切运算计算出转子角度，然后经过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果。解决利用凸极性计算电感法及基于高频注入的负序电流法等，计算复杂，提取负序电流需要大量的正余弦运算和数字滤波，并会带来信号相位的延时，另外负序电流的幅值是比较小的，采用反正切算法的精度并不是很高，均会影响位置估算精度的技术问题。

Description

一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法
技术领域
本发明属于永磁电机位置检测领域，尤其涉及一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法。
背景技术
永磁电机是一种自我换向型电机，运行中需要准确获取转子的位置。变频器通过三相逆变桥将幅值、频率和相位可变的空间电压矢量加到电机端实现电机的启动和运行，三相逆变桥是一个非线性的电力电子器件，存在死区、管压降、开通关断延时等问题，会造成电机输入电压的失真。电机低速运行时，反电势的幅值较小，严重的输入电压失真会导致利用电机模型来计算转子实时位置变得极为困难，精准度很低。
现有的低速转子位置估算方法分为以下两类：利用凸极性计算电感法，基于高频注入的负序电流法等。然而，这些方法有依赖电机输入电压、南北极容易误判、产生噪音、需要大量的三角运算和滤波处理等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法，旨在解决现有技术中利用凸极性计算电感法及基于高频注入的负序电流法等，这些方法有依赖电机输入电压、南北极容易误判、产生噪音、需要大量的三角运算和滤波处理，导致计算复杂，并且提取负序电流需要大量的正余弦运算和数字滤波，并会带来信号相位的延时，另外负序电流的幅值是比较小的，采用反正切算法的精度并不是很高，均会影响位置估算精度的技术问题。
本发明是这样实现的，一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法，所述永磁电机位置检测方法包括以下步骤：
步骤S1：根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量；
步骤S2：根据电机模型计算出反电动势，通过积分得到转子磁通，并通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量；
步骤S3：通过反正切运算计算出转子角度，然后经过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1的具体步骤为根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量αβ，计算公式为
其中，Um为高频旋转电压的模值，ω为高频旋转电压的数字角频率。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2的具体步骤为根据电机模型计算出反电动势，通过积分得到转子磁通，并通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量，包括如下两个步骤：
步骤S21：计算转子磁通和/>具体的计算公式为
其中，Rs和Ls分别为电机的定子电阻和定子电感，Iα(n)和Iβ(n)为定子电流平均值，和/>为定子电流微分值；
步骤S22：通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量和/>具体计算公式为
其中，b0,b1,b2,a1,a2为带通滤波器的系数。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3的具体步骤为通过反正切运算计算出转子角度，然后经过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果，包括如下两个步骤：
步骤S31：通过反正切运算计算出转子角度θ(n)，具体计算公式为
其中，和/>为步骤S2中计算出来的转子磁通。
步骤S32：经过锁相环对估计的转子位置做平滑处理，得到最终的估计角度θPLL(n+1)，具体计算公式为
其中，θe(n)为角度误差，Kp和Ki为锁相环的参数。
本发明的有益效果是：此种永磁电机位置检测方法根据电机低速运行时输入电压频率较低，可以在输入电压中叠加一个相对频率较高的电压信号，在低速运行区间利用电机高频模型来计算转子位置可以避免输入电压失真的干扰，在低速运行时在输入电压中叠加高频电压信号，然后利用电机模型计算转子磁通量，并通过带通滤波器滤出高频电压信号产生的转子磁通量，通过反正切运算计算出转子的角度，为了减小高频信号带来的高频振动，通过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法的流程框图。
具体实施方式
图1示出了本发明提供的一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法，所述永磁电机位置检测方法包括以下步骤：
步骤S1：根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量；具体步骤为根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量αβ，计算公式为
其中，Um为高频旋转电压的模值，ω为高频旋转电压的数字角频率。
步骤S2：根据电机模型计算出反电动势，通过积分得到转子磁通，并通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量；具体步骤包括如下两个步骤：
步骤S21：计算转子磁通和/>具体的计算公式为
其中，Rs和Ls分别为电机的定子电阻和定子电感，Iα(n)和Iβ(n)为定子电流平均值，和/>为定子电流微分值；
步骤S22：通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量和/>具体计算公式为
其中，b0,b1,b2,a1,a2为带通滤波器的系数。
步骤S3：通过反正切运算计算出转子角度，然后经过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果；具体步骤包括如下两个步骤：
步骤S31：通过反正切运算计算出转子角度θ(n)，具体计算公式为
其中，和/>为步骤S2中计算出来的转子磁通；
步骤S32：经过锁相环对估计的转子位置做平滑处理，得到最终的估计角度θPLL(n+1)，具体计算公式为
其中，θe(n)为角度误差，Kp和Ki为锁相环的参数。
此种永磁电机位置检测方法根据电机低速运行时输入电压频率较低，可以在输入电压中叠加一个相对频率较高的电压信号，在低速运行区间利用电机高频模型来计算转子位置可以避免输入电压失真的干扰，在低速运行时在输入电压中叠加高频电压信号，然后利用电机模型计算转子磁通量，并通过带通滤波器滤出高频电压信号产生的转子磁通量，通过反正切运算计算出转子的角度，为了减小高频信号带来的高频振动，通过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于高频注入的永磁电机位置检测方法，其特征在于，所述永磁电机位置检测方法包括以下步骤：
步骤S1：根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量；具体步骤为根据电机绕组中产生的高频旋转电压，计算出高频旋转电压的分量αβ，计算公式为
其中，Um为高频旋转电压的模值，ω为高频旋转电压的数字角频率；
步骤S2：根据电机模型计算出反电动势，通过积分得到转子磁通，并通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量；具体步骤为根据电机模型计算出反电动势，通过积分得到转子磁通，并通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量，包括如下两个步骤：
步骤S21：计算转子磁通和/>具体的计算公式为
其中，Rs和Ls分别为电机的定子电阻和定子电感，Iα(n)和Iβ(n)为定子电流平均值，和/>为定子电流微分值；
步骤S22：通过带通滤波器得到转子磁通中的高频分量和/>具体计算公式为
其中，b0,b1,b2,a1,a2为带通滤波器的系数；
步骤S3：通过反正切运算计算出转子角度，然后经过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果；具体步骤为通过反正切运算计算出转子角度，然后经过锁相环对计算出来的转子角度做平滑处理，经过锁相环出来的估计角度作为最终的检测结果，包括如下两个步骤：
步骤S31：通过反正切运算计算出转子角度θ(n)，具体计算公式为
其中，和/>为步骤S2中计算出来的转子磁通；
步骤S32：经过锁相环对估计的转子位置做平滑处理，得到最终的估计角度θPLL(n+1)，具体计算公式为
其中，θe(n)为角度误差，Kp和Ki为锁相环的参数。
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