基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法技术

本发明专利技术提供一种能够在不外加传感器，同时也不改变负载换相逆变器拓扑结构的基础上，提高可靠性，降低成本的基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法，属于同步电机调速控制领域。本发明专利技术包括：间隔为120°触发待测同步电机；提取励磁电流中频率为fh的成分，获得if_h；对if_h延迟3/4个周期，得到if_h1；测量同步电机定子三相端电压，得到电压信号uα和uβ；提取uα和uβ中频率为fh的成分，获得uα_h和uβ_h；将uα_h和uβ_h分别与if_h1做乘法，得到uα_h1和uβ_h1；提取uα_h1和uβ_h1中包含电机转动频率的成分，得到uα_h2和uβ_h2，并输入至正交锁相环中，得到转子位置角θm和当前电角速度ωr；根据ωr对θm进行校正，得到当前转子位置角θ。

【技术实现步骤摘要】
基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法
本专利技术涉及一种同步电机转子位置连续估计方法，属于同步电机调速控制领域。
技术介绍
随着各行各业对电力传动设备的需求越来越大，工程人员对于电力传动设备的要求也越来越严格。在大功率传动领域，电励磁同步电机凭借其可调的高功率因数、较高的控制精度以及变频器容量小等优势备受青睐，但是它却比异步电机、直流电机等设备需求更加复杂的控制。而其中首要的问题就是在同步电机的启动控制环节，必须能够实时监测同步电机的转子位置信息，这也是同步电机各种控制方法的基础。而光电码盘等机械式传感器除了安装受限，其较低的稳定性一直是大功率设备所无法接受的，这会给同步电机的工程应用环节带来很大的检测和维护成本。目前，众多学者致力于对同步电机的无传感器转子位置检测方法进行研究，其中基于高频注入的电励磁同步电机转子位置检测方法得到了广泛应用。该方法在电励磁同步电机的励磁侧或者定子侧注入一个高频信号，通过在另一侧耦合出的电信号来检测转子位置信息。而大功率的电励磁同步电机为了能够提高自身的稳定性，其变频控制装置通常会选择具有更大容量的半导体器件晶闸管来实现，用以减少同一桥臂所串联的半导体器件数量，这类拓扑我们称之为负载换相逆变器(LoadCommutatedInverter，LCI)。由于晶闸管是半控型器件，无法直接产生我们所需要的高频信号。此类方法通常需要外加全控型器件来完成高频信号的注入，这样不但会增加设备成本，同时也会降低其可靠性。也有研究者提出基于励磁本身的脉动来代替高频信号的注入，但是通常由于其励磁侧脉动频率与变频侧脉动频率相同，而变频侧的同频信号会严重影响转子位置检测的精度。因此该类方法仅适用于变频侧的脉动频率与励磁侧的脉动频率互不干扰的情况下。对于最基本的整流、逆变以及励磁侧都为六脉动LCI拓扑来说，这种方法并不适用。因此研究出一种不需改变LCI本体结构的无传感器转子位置检测方法具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种能够在不外加传感器，同时也不改变负载换相逆变器拓扑结构的基础上，提高可靠性，降低成本的基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法。本专利技术的基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：采用间隔触发方式触发待测同步电机，触发间隔为120°，此时的励磁电流产生频率为fh的脉动信号；步骤二：利用带通滤波器提取励磁电流中频率为fh的成分，带通滤波器输出电流信号if_h；步骤三：将电流信号if_h延迟3/4个周期，得到电流信号if_h1；步骤四：测量同步电机定子三相端电压，并将三相端电压由abc轴坐标系转化到αβ轴坐标系上，得到电压信号uα和uβ；步骤五：利用带通滤波器提取电压信号uα和uβ中频率为fh的成分，带通滤波器输出电压信号uα_h和uβ_h；步骤六：将电压信号uα_h和uβ_h信号分别与步骤三中得到的电流信号if_h1做乘法，得到电压信号uα_h1和uβ_h1；步骤七：利用低通滤波器提取电压信号uα_h1和uβ_h1中包含电机转动频率的成分，得到电压信号uα_h2和uβ_h2；步骤八：将电压信号uα_h2和uβ_h2输入至归一化后的正交锁相环中，得到转子位置角θm和当前的电角速度ωr；步骤九：根据步骤八获得的当前的电角速度ωr对转子位置角θm进行校正，得到校正后的当前转子位置角θ。优选的是，所述步骤九为：根据当前的电角速度ωr求出带通滤波器和低通滤波器滤波给转子位置带来的相位偏移和根据相位偏移和对转子位置角θm进行校正，获得校正后的转子位置角θ，其中，相位偏移表示步骤五中在(ωh+ωr)电角速度下经过带通滤波器所产生的相位变化，相位偏移表示步骤七中利用低通滤波器提取电压信号uα_h1和uβ_h1中包含电机转动频率成分时所产生的相位变化。优选的是，所述步骤八包括如下步骤：步骤八一：电压信号uα_h2与当前sinθm相乘；步骤八二：电压信号uβ_h2与当前cosθm相乘；步骤八三：步骤八二相乘后的结果与步骤八一相乘后的结果相减，结果为ε；步骤八四：根据电压信号uα_h2和uβ_h2，获得步骤八五：将步骤八三的ε除以步骤八四的结果为ε1；步骤八六：步骤八五的ε1输入比例调节单元kp，比例调节单元kp输出结果保留；步骤八七：步骤八五的ε1输入积分调节单元ki，积分调节单元ki输出的结果再输入至比例积分单元步骤八八：将步骤八六中的比例积分单元输出的结果与步骤八七的比例调节单元kp输出的结果相加，结果为当前的电角速度ωr；步骤八九：将当前估测的电角速度ωr输入至比例积分单元比例积分单元输出结果为转子位置角θm。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术不需要改变变频装置的硬件结构，通过改变励磁的触发方式产生合适的高频注入信号。本专利技术的方法控制简单，能广泛适应于各类LCI型驱动装置，同时也能够降低系统的硬件成本及维护成本。(2)本专利技术的方法利用励磁电流信息完成转子位置信息的处理环节，提高了转子位置检测结果的准确性和可靠性。(3)本专利技术的方法应用了归一化后的正交锁相环，能够提高检测精度，保证系统的检测带宽为定值，同时也使该算法能够在不同实验装置中有着更好的适应性。(4)本专利技术的方法精确计算了信号处理过程中滤波器对信号产生的影响并进行了合理的信号校正，进一步提高了转子位置信息的检测精度。附图说明图1为本专利技术的基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法的原理示意图，其中BPF表示带通滤波器，LPF表示低通滤波器，PLL表示归一化后的正交锁相环，SM表示被测同步电机；图2为本专利技术中对待测同步电机的励磁触发方式的波形图；图3为本专利技术归一化后的正交锁相环的原理示意图；图4为具体实施例的步骤一中励磁电流的波形；图5为具体实施例的步骤二中励磁电流及带通滤波器的输出；图6为具体实施例的步骤三中电流信号延迟前后的波形；图7为具体实施例的步骤四中三相端电压从abc坐标系变换到αβ轴的分量；图8为具体实施例的步骤七中低通滤波器的输出结果；图9为根据具体实施例的步骤八中获得的电角速度所得到的转速估计波形；图10为具体实施例中校正前的转子位置检测波形；图11为具体实施例中校正前的转子位置检测误差；图12为具体实施例中校正后的转子位置检测波形；图13为具体实施例中校正后的转子位置检测误差。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。结合图1-图13说明本实施方式，本实施方式所述的基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤一：如图2所示，采用间隔触发方式触发待测同步电机，触发间隔为120°，此时的励磁电流产生频率为fh的脉动信号；步骤二：利用带本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：采用间隔触发方式触发待测同步电机，触发间隔为120°，此时的励磁电流产生频率为fh的脉动信号；步骤二：利用带通滤波器提取励磁电流中频率为fh的成分，带通滤波器输出电流信号if_h；步骤三：将电流信号if_h延迟3/4个周期，得到电流信号if_h1；步骤四：测量同步电机定子三相端电压，并将三相端电压由abc轴坐标系转化到αβ轴坐标系上，得到电压信号uα和uβ；步骤五：利用带通滤波器提取电压信号uα和uβ中频率为fh的成分，带通滤波器输出电压信号uα_h和uβ_h；步骤六：将电压信号uα_h和uβ_h信号分别与步骤三中得到的电流信号if_h1做乘法，得到电压信号uα_h1和uβ_h1；步骤七：利用低通滤波器提取电压信号uα_h1和uβ_h1中包含电机转动频率的成分，得到电压信号uα_h2和uβ_h2；步骤八：将电压信号uα_h2和uβ_h2输入至归一化后的正交锁相环中，得到转子位置角θm和当前的电角速度ωr；步骤九：根据步骤八获得的当前的电角速度ωr对转子位置角θm进行校正，得到校正后的当前转子位置角θ。...

【技术特征摘要】
1.一种基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：采用间隔触发方式触发待测同步电机，触发间隔为120°，此时的励磁电流产生频率为fh的脉动信号；步骤二：利用带通滤波器提取励磁电流中频率为fh的成分，带通滤波器输出电流信号if_h；步骤三：将电流信号if_h延迟3/4个周期，得到电流信号if_h1；步骤四：测量同步电机定子三相端电压，并将三相端电压由abc轴坐标系转化到αβ轴坐标系上，得到电压信号uα和uβ；步骤五：利用带通滤波器提取电压信号uα和uβ中频率为fh的成分，带通滤波器输出电压信号uα_h和uβ_h；步骤六：将电压信号uα_h和uβ_h信号分别与步骤三中得到的电流信号if_h1做乘法，得到电压信号uα_h1和uβ_h1；步骤七：利用低通滤波器提取电压信号uα_h1和uβ_h1中包含电机转动频率的成分，得到电压信号uα_h2和uβ_h2；步骤八：将电压信号uα_h2和uβ_h2输入至归一化后的正交锁相环中，得到转子位置角θm和当前的电角速度ωr；步骤九：根据步骤八获得的当前的电角速度ωr对转子位置角θm进行校正，得到校正后的当前转子位置角θ。2.根据权利要求1所述的基于脉动励磁电流响应的同步电机转子位置连续估计方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高强，寇佳宝，韩啸，张婉莹，李文爽，杨宗龙，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23