一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法技术

本发明专利技术公开了一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，该方法在传统脉振高频电流注入法的基础上，引入了虚拟高速旋转的坐标系，并在此坐标系的直轴注入高频电流信号。然后通过对高频电压响应信号调制、滤波，得出电机转子的初次估计位置。最后对初次估计位置进行磁极补偿，得到最终的转子位置。相较于传统的高频信号注入法，省去了PI控制器，缩短了收敛时间，简化了磁极补偿过程。

Surface mounted permanent magnet synchronous motor rotor position detecting method

The invention discloses a detection method of surface mounted permanent magnet synchronous motor rotor position, the method of injection in traditional pulsating high frequency current method based on the introduction of virtual high speed rotating coordinate system, direct axis current signal into high frequency and on this coordinate system. Then through the modulation and filter of the high frequency voltage response signal, the motor rotor's initial estimation position is obtained. Finally, the rotor position is compensated by pole compensation for the initial estimation position. Compared with the traditional high-frequency signal injection method, the PI controller is omitted, the convergence time is shortened, and the compensation process of the magnetic pole is simplified.

【技术实现步骤摘要】
一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法
本专利技术涉及电机控制领域，尤其涉及一种表贴式永磁同步电机零速和低速下的转子位置检测方法。
技术介绍
内埋式永磁同步电机零速和低速下的无传感器位置检测方法主要基于电机的凸极效应，常见的有电感测量法、谐波成分分析法和旋转高频信号注入法。对于表贴式永磁同步电机，其凸极不明显，用于内埋式的永磁同步电机的无传感器位置检测方法不再适用。目前为止，表贴式永磁同步电机零速和低速的位置检测方法主要为脉振高频电压注入法和脉振高频电流注入法。JiHoonJang,JungIkHa.Analysisofpermanentmagnetmachineforsensorlesscontrolbasedonhighfrequencysignalinjection[J].IEEETransactionsonIndustryApplications,2004,40(6):1595－1604.提出使用脉振高频电压注入的方法实现对小凸极电机的转子位置的检测。其主要原理是在估计的同步旋转坐标系的直轴中注入高频正弦电压信号，经CLARK反变换到静止坐标系中为脉振电压信号。然后对交轴的高频电流信号进行低通滤波，通过基于跟踪观测器的转子位置估计方法或者基于PLL的转子位置估计方法，实现估计位置对实际位置的跟踪，进而得出转子的位置。刘颖，周波，冯瑛，赵承亮.基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感器控制[J].电工技术学报，2012,7(27):139-145.提出了一种基于脉振高频电流注入的低速无位置传感器控制的新方法。其原理是在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电流，通过检测交轴电流环PI调节器的输出，获得含有转子位置估计误差的信号，并对此进行适当的信号处理得到估计转子位置角，从而实现无位置传感器控制。脉振高频电压注入法和脉振高频电流注入法都是基于位置跟踪的方法，所以需要进行磁极判断，用以修正检测到的位置。对于磁极检测的方法一般基于凸极效应，通过二次注入正负的脉冲信号或者对电流进行积分的方法实现磁极的判断。对于表贴式永磁同步电机，其凸极率较小，对检测系统精度要求较高，检测难度较大。综上，基于脉振高频电压注入的方法还是基于脉振高频电流注入的方法都是直接在电机的同步参考坐标系的直轴注入高频信号，然后检测它们对应的电压和电流响应。这种注入策略要求估计的同步参考坐标系实时跟踪实际的同步参考坐标系，即跟踪误差收敛到零。然而跟踪误差信号是周期的正弦信号，最终的误差收敛位置可能为零，也可能π。为了辨别最终的收敛角度，还需要二次注入等方法辅助实现转子磁极的判断，消除收敛角度的不确定性。。二次注入法大都基于直轴和交轴电感大小的差异对电压脉冲响应幅值和衰减时间的不同从而实现对转子磁极的判断。对于表贴式永磁同步电机，直轴和交轴电感相差很小，对电压脉冲的响应也几乎一样，检测难度比较大，一般适用于内埋式凸极电机。表贴式永磁同步电机在低速下尚缺少一种简单可靠的位置检测方法。
技术实现思路
对于表贴式永磁同步电机的无传感器位置检测，当前技术中脉振电压注入法和脉振电流注入法都是基于位置跟踪的方法，该方法收敛时间较长，同时磁极判断方法复杂。针对此问题，本专利技术提出一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，通过在虚拟高速旋转坐标系的直轴注入高频电流信号，通过对输出的电压信号进行检测，直接得到转子的初次估计位置。由于本专利技术的转子位置检测方法可以直接得出转子的绝对位置，故磁极补偿方法也较为简单，只需要通过补偿固定的磁极偏差。本专利技术采用的技术方案如下：一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，包含以下步骤：步骤A)，给电机定子线圈A相、B相通入电流进行转子初始定位。向虚拟高速旋转坐标系d*-q*的d*轴注入高频电流信号，并给定速度参考信号ωref、同步旋转坐标系d-q的d轴电流参考信号idref，并检测电机A相、B相的电流形成电流闭环控制系统；步骤B)，提取d、q轴的电压信号ud、uq，然后对ud、uq调制、滤波，得到电机转子的初次估计位置步骤C)，对的下降沿检测、计数，进行磁极补偿得到最终的转子位置所述的一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，基于虚拟高速旋转坐标系的高频电流注入和电流闭环原理如下：步骤A.1)，给电机定子线圈A相、B相通入电流进行转子初始定位；步骤A.2)，建立静止坐标系α-β、同步旋转坐标系d-q、虚拟高速旋转坐标系d*-q*，并设定d*-q*坐标系旋转频率为ω*，其中d-q坐标系与α-β坐标系的夹角为θ、同时θ也为转子的位置，d*-q*坐标系与α-β坐标系的夹角为θ*，其中θ*＝ω*t，t表示当前时刻；步骤A.3)，向d*轴注入高频电流信号其中，Im为注入电流信号的峰值，ωh为注入电流信号的频率；步骤A.4)，通过坐标变换把d*-q*坐标系的注入电流信号变换到d-q坐标系，得到idh、iqh；步骤A.5)，检测电机A相、B相的电流iA、iB，对其进行CLARK变换、PARK变换，得到d-q坐标系下的电流id、iq；步骤A.6)，给定参考角速度ωref，经PI_SPD调节成q轴的电流参考信号iqref，iqref与iq的误差信号经PI_IQ调节为电压uq，令d轴电流的参考信号idref＝0，idref与id的误差信号经PI_ID调节为电压ud；步骤A.7)，对ud、uq进行PARK反变换得到uα、uβ，然后由SVPWM调制技术控制功率模块的六路开关信号用以驱动表贴式永磁同步电机。所述的一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，转子初次估计位置的估计过程如下：步骤B.1)，通过坐标变换将ud、uq转换到d*-q*坐标系中，得到步骤B.2)，分别乘以sin(ωht)sin(2ω*t)、-sin(ωht)sin(2ω*t)并进行低通滤波，得到步骤B.3)，将求反正切，得到转子的初次估计位置所述的一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，转子磁极补偿方法如下：步骤C.1)，对的下降沿进行计数，次数为n；步骤C.2)，计算得到转子的位置为本专利技术带来的有益效果可体现在如下方面：(1)本专利技术通过向虚拟高速旋转的坐标系中注入高频电流信号，然后提取电压响应信号，低通滤波后可以直接计算出转子的初次估计位置，无需PI调节，减少了收敛时间；(2)本专利技术得出的初次估计值为的绝对位置，进而大大简化了磁极的补偿方法，即通过对初次估计位置的下降沿计数，得出磁极补偿值，然后通过简单的计算得出转子的最终位置；(3)本专利技术的转子位置检测方法不但适用于表贴式永磁同步电机，而且也可以应用于各种其他电机。理论上，只要电机的凸极率不为1，就能实现对电机转子位置的检测，大大拓展了本专利技术的应用范围。附图说明图1为表贴式永磁同步电机转子位置检测过程原理框图；图2为静止坐标系、同步旋转坐标系、虚拟高速旋转坐标系的相对关系示意图；图3为转子位置估计过程示意图；图4为磁极补偿原理示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：如图1所示，本专利技术提供的一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，具体包含以下步骤：步骤1)，如图2所示，建立静止坐标系α-β、同步旋转坐标系d-q、虚拟高速旋转坐标系d*-q*，并设定d*-q*坐标系旋转频率为ω*，其中d-q坐标系与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤A)，给电机定子线圈A相、B相通入电流进行转子初始定位，向虚拟高速旋转坐标系d

【技术特征摘要】
1.一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤A)，给电机定子线圈A相、B相通入电流进行转子初始定位，向虚拟高速旋转坐标系d*-q*的d*轴注入高频电流信号，并给定速度参考信号ωref、同步旋转坐标系d-q的d轴电流参考信号idref，并检测电机A相、B相的电流形成电流闭环控制系统；步骤B)，提取d、q轴的电压信号ud、uq，然后对ud、uq调制、滤波，得出电机转子的初次估计位置步骤C)，对的下降沿检测、计数，进行磁极补偿得到最终的转子位置2.根据权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，基于虚拟高速旋转坐标系的高频电流注入和电流闭环原理如下：步骤A.1)，给电机定子线圈A相、B相通入电流进行转子初始定位；步骤A.2)，建立静止坐标系α-β、同步旋转坐标系d-q、虚拟高速旋转坐标系d*-q*，并设定d*-q*坐标系旋转频率为ω*，其中d-q坐标系与α-β坐标系的夹角为θ、同时θ也为转子的位置，d*-q*坐标系与α-β坐标系的夹角为θ*，其中θ*＝ω*t，t表示当前时刻；步骤A.3)，向d*轴注入高频电流信号其中，Im为注入电流信号的峰值，ωh为注入电流信号的频率；步骤A.4)，通过坐标变换把d*-q...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚，张海峰，韩邦成，郑世强，宋欣达，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11