一种永磁同步电机新型转子位置检测方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机新型转子位置检测方法，该方法在利用脉振高频电压注入法实现永磁同步电机转子位置估计的基础上，用两个全通滤波器构成新的转子位置观测器，省去了传统转子位置观测器中的带通滤波器和低通滤波器，避免了滤波器的延时问题，提高了转子位置观测器的动态响应速度；同时，位置观测器的带宽可通过全通滤波器的相关系数来调整，且带宽的调节过程简单、灵活。

A new rotor position detection method for permanent magnet synchronous motor

The invention discloses a novel rotor position detection method for permanent magnet synchronous motor (PMSM). Based on the rotor position estimation of PMSM using the pulse high frequency voltage injection method, a new rotor position observer is constructed with two all-pass filters, which eliminates the band-pass filter and the sum of the traditional rotor position observers. The low-pass filter avoids the delay of the filter and improves the dynamic response speed of the rotor position observer. Meanwhile, the bandwidth of the position observer can be adjusted by the correlation coefficient of the all-pass filter, and the bandwidth adjustment process is simple and flexible.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机新型转子位置检测方法
本专利技术涉及电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机新型转子位置检测方法。
技术介绍
目前对于永磁同步电机转子位置检测，常采用脉振高频电压注入法实现。然而现有方法所采用的转子位置观测器一般由带通滤波器和低通滤波器构成。在信号处理过程中这些滤波器带来了延时问题，限制了转子位置观测器的动态响应速度，并且这些滤波器在采用数字滤波器方式实现时难以实时调整带宽以适应系统在不同工况下的需求，本专利技术正是为了解决该问题，提出一种永磁同步电机新型转子位置检测方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的缺陷，提供了一种永磁同步电机新型转子位置检测方法，在位置观测器中能避免带通滤波器和低通滤波器的使用，进而避免由其带来的信号延时问题，最终提高了位置观测器的动态响应速度。此外，位置观测器的带宽可通过全通滤波器的相关系数来设置，且带宽的调节过程简单、灵活。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种永磁同步电机新型转子位置检测方法，该方法在采用转速、电流双闭环矢量控制的基础上，在估计直轴注入余弦高频电压信号；再采用由全通滤波器构成的新型转子位置观测器对估计交轴电流进行处理，得到估计转子速度和估计转子位置。其特征在于，采用由全通滤波器构成的新型转子位置观测器对估计交轴电流进行处理，得到估计转子速度和估计转子位置的步骤为：步骤1.1)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF1中的系数β1＝cos(ωhTs)；步骤1.2)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF1的滤波带宽ωBW1，再根据ωBW1和Ts计算全通滤波器APF1中的系数步骤1.3)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF2中的系数β2＝cos(2ωhTs)；步骤1.4)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF2的滤波带宽ωBW2，再根据ωBW2和Ts计算全通滤波器APF2中的系数步骤1.5)将估计交轴电流连接到全通滤波器APF1的输入端口x1；步骤1.6)将全通滤波器APF1的输出端口y1和输入端口x1作差再乘以0.5，得到估计交轴高频电流步骤1.7)将估计交轴高频电流与同频率的正弦高频信号2sin(ωht)相乘，再连接到全通滤波器APF2的输入端口x2；步骤1.8)将全通滤波器APF2的输出端口y2和输入端口x2相加再乘以0.5，得到位置估计误差信息f(Δθ)；步骤1.9)将位置估计误差信息f(Δθ)经过比例积分(PI)调节器，PI调节器的输出就是估计转子速度将估计转子速度经过积分(I)器，积分器的输出就是估计转子位置作为本专利技术一种永磁同步电机新型转子位置检测方法进一步的优化方案，在采用转速、电流双闭环矢量控制的基础上，在估计直轴注入余弦高频电压信号的步骤为：步骤2.1)在估计转子同步旋转坐标系的直轴注入高频余弦电压Uhcos(ωht)，其中，Uh为在估计直轴注入高频电压的幅值，ωh为在估计直轴注入高频电压的频率，t表示当前时刻；步骤2.2)对估计直轴和交轴电压和进行派克逆变换，得到两相静止α-β坐标系下的电压uα和uβ，再采用空间矢量脉宽调制SVPWM得到三相逆变器的六路开关信号，驱动永磁同步电机PMSM；步骤2.3)检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行克拉克变换得到两相静止α-β坐标系下的电流iα和iβ，再经过派克变换得到估计直轴电流响应和估计交轴电流响应步骤2.4)将给定转子速度ω*与估计转子速度的差值输入到转速环PI调节器，该PI调节器的输出为估计交轴电流给定值步骤2.5)将估计直轴电流给定值设为0，分别将估计直轴和交轴电流给定值和与经过低通滤波器LPF的估计直轴和q交电流响应和作差，经过电流环PI调节器，得到估计直轴和交轴电压和步骤2.6)重复步骤1.1)至步骤2.5)。作为本专利技术一种永磁同步电机新型转子位置检测方法进一步的优化方案，全通滤波器的结构为：全通滤波器总体由两个比例环节(系数分别为α和-β)、两个延时环节和六个加法器构成,其输入端口为x，输出端口为y，结构中共包括abcdefghi这9个主要节点；x与i相减得到a；a经过比例环节(系数为α)得到b；x和b相加得到c；c与g相减得到d；d经过比例环节(系数为-β)得到e；c和e相加得到f；f经过延时得到g；g和e相加得到h；h经过延时得到i；i和b相加得到y。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1)位置观测器中避免了带通滤波器和低通滤波器的使用，进而避免了由其带来的延时问题，提高了位置观测器的动态响应速度；2)位置观测器的带宽可通过全通滤波器的相关系数来设置，且带宽的调节过程简单、灵活。附图说明图1为永磁同步电机新型转子位置检测方法的原理框图；图2为由全通滤波器构成的新型转子位置观测器的结构框图；图3为全通滤波器的结构框图；图4为传统位置观测器和新型位置观测器对高频信号幅值的跟踪性能对比结果；图5为转速斜坡变化时采用新型转子位置检测方法的估计位置、位置检测误差和转速检测误差的实验波形。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，本专利技术提供一种永磁同步电机新型转子位置检测方法，具体包括以下步骤：步骤1)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF1中的系数β1＝cos(ωhTs)；步骤2)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF1的滤波带宽ωBW1，再根据ωBW1和Ts计算全通滤波器APF1中的系数步骤3)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF2中的系数β1＝cos(2ωhTs)；步骤4)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF2的滤波带宽ωBW2，再根据ωBW2和Ts计算全通滤波器APF2中的系数步骤5)如图2所示，将估计交轴电流连接到全通滤波器APF1的输入端口x1，其中，的初始值为0；步骤6)将全通滤波器APF1的输出端口y1和输入端口x1作差再乘以0.5，得到估计交轴高频电流步骤7)将估计交轴高频电流与同频率的正弦高频信号2sin(ωht)相乘，再连接到全通滤波器APF2的输入端口x2；步骤8)将全通滤波器APF2的输出端口y2和输入端口x2相加再乘以0.5，得到位置估计误差信息f(Δθ)；步骤9)将位置估计误差信息f(Δθ)经过比例积分(PI)调节器，PI调节器的输出就是估计转子速度将估计转子速度经过积分(I)器，积分器的输出就是估计转子位置步骤10)如图1所示，在估计转子同步旋转坐标系的直轴注入高频余弦电压Uhcos(ωht)，其中，Uh为在估计直轴注入高频电压的幅值，ωh为在估计直轴注入高频电压的频率，t表示当前时刻；步骤11)对估计直轴和交轴电压和进行派克逆变换，得到两相静止α-β坐标系下的电压uα和uβ，再采用空间矢量脉宽调制SVPWM得到三相逆变器的六路开关信号，驱动永磁同步电机PMSM，其中，和的初始值为0；步骤12)检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行克拉克变换得到两相静止α-β坐标系下的电流iα和iβ，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机新型转子位置检测方法，该方法在采用转速、电流双闭环矢量控制的基础上，在估计直轴(d轴)注入余弦高频电压信号；再采用由全通滤波器(All Pass Filter，APF)构成的新型转子位置观测器对估计交轴(q轴)电流进行处理，得到估计转子速度和估计转子位置，其特征在于，采用由全通滤波器构成的新型转子位置观测器对估计交轴电流进行处理，得到估计转子速度和估计转子位置的步骤为：步骤1.1)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF1中的系数β1＝cos(ωhTs)；步骤1.2)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF1的滤波带宽ωBW1，再根据ωBW1和Ts计算全通滤波器APF1中的系数

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机新型转子位置检测方法，该方法在采用转速、电流双闭环矢量控制的基础上，在估计直轴(d轴)注入余弦高频电压信号；再采用由全通滤波器(AllPassFilter，APF)构成的新型转子位置观测器对估计交轴(q轴)电流进行处理，得到估计转子速度和估计转子位置，其特征在于，采用由全通滤波器构成的新型转子位置观测器对估计交轴电流进行处理，得到估计转子速度和估计转子位置的步骤为：步骤1.1)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF1中的系数β1＝cos(ωhTs)；步骤1.2)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF1的滤波带宽ωBW1，再根据ωBW1和Ts计算全通滤波器APF1中的系数步骤1.3)根据离散化控制系统所对应的采样周期Ts和在估计直轴注入余弦高频电压的频率ωh，计算全通滤波器APF2中的系数β2＝cos(2ωhTs)；步骤1.4)根据滤波性能的要求合理选择全通滤波器APF2的滤波带宽ωBW2，再根据ωBW2和Ts计算全通滤波器APF2中的系数步骤1.5)将估计交轴电流连接到全通滤波器APF1的输入端口x1；步骤1.6)将全通滤波器APF1的输出端口y1和输入端口x1作差再乘以0.5，得到估计交轴高频电流步骤1.7)将估计交轴高频电流与同频率的正弦高频信号2sin(ωht)相乘，再连接到全通滤波器APF2的输入端口x2；步骤1.8)将全通滤波器APF2的输出端口y2和输入端口x2相加再乘以0.5，得到位置估计误差信息f(Δθ)；步骤1.9)将位置估计误差信息f(Δθ)经过比例积分(PI)调节器，PI调节器的输出就是估计转子速度将估计转子速度经过积分(I)器，积分器的输出就是估计转子...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晨，刘兵，陈舒静，
申请(专利权)人：罗晨，
类型：发明
国别省市：安徽,34