电机的转子位置的推定装置和推定方法制造方法及图纸

本申请实施例提供一种电机的转子位置的推定装置和推定方法，该装置包括：高频电压发生器，向旋转状态下未启动的电机注入高频电压；高频电流提取单元，从电机的定子的电流中提取与高频电压具有相同频率的高频分量；第一旋转位置计算单元，根据电流的高频分量中的q轴电流的高频分量，计算电机的转子的第一旋转位置；注入能量计算单元，分别计算在高频电压注入的时间内，电流的高频分量中的d轴电流的正分量和负分量在定子的电阻上消耗的能量；补偿量计算单元，根据上述消耗的能量，确定转子的旋转位置的补偿量；第二旋转位置计算单元，其用于将第一旋转位置与补偿量相加，作为电机的转子的第二旋转位置。本申请能够快速推定转子的位置。

The device and method of estimating the rotor position of motor

【技术实现步骤摘要】
电机的转子位置的推定装置和推定方法
本专利技术涉及机电控制领域，尤其涉及一种电机的转子位置的推定装置和推定方法。
技术介绍
为了对同步电机进行矢量控制，最常用的方法是在电机的转子上安装传感器，但是，这些传感器增加了系统的成本，降低了系统的可靠性，并且限制了电机的使用场合。为了克服使用传感器带来的缺陷，针对无传感器电机控制方法的研究越来越广泛。在无传感器电机的矢量控制中，转子在启动前的初始位置是一个很重要的量，如果初始位置估算得不准确，可能引起电机启动时发生反转或启动失败，也可能影响电机启动后的运行性能。应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本专利技术的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
技术实现思路
本申请的专利技术人发现，在现有技术中，需要在转子保持静止的情况下估算转子的初始位置，但是，在有些场景下，电机在启动前转子处于运动状态，例如，电机在未启动时转子由于受到外力作用或惯性而转动，此时，为了正确地启动电机，需要先使转子静止，然后估算转子的初始位置，这样，电机的启动时间延长，难以达到快速启动的效果。本申请实施例提供一种电机的转子位置的推定装置和推定方法，通过向旋转状态下未启动的电机注入高频电压，根据电机对该高频电压的响应电流的幅值计算转子的估计位置，并根据正负响应电流的在信号注入时间内的消耗能量大小，对该估计位置进行判断并补偿，从而推定转子的位置。由此，本申请实施例能够在转子旋转且闭环矢量控制启动前，快速推定转子的位置，从而提高无传感器矢量控制的永磁同步电机在频繁启动或从被拖动状态再启动的状态等工况下启动的速度。根据本申请实施例的第一方面，提供一种电机的转子位置的推定装置，所述装置包括：高频电压发生器，其向旋转状态下未启动的电机注入高频电压，所述高频电压的频率位于PWM调制频率和电机速度响应频率之间；高频电流提取单元，其用于从所述电机的定子的电流中提取与所述高频电压具有相同频率的高频分量；第一旋转位置计算单元，其根据所述电流的高频分量中的q轴电流的高频分量，计算所述电机的转子的第一旋转位置；注入能量计算单元，其分别计算在所述高频电压注入的时间内，所述电流的高频分量中的d轴电流的高频分量的正分量和负分量在所述定子的电阻上消耗的能量；补偿量计算单元，根据上述消耗的能量，确定所述转子的旋转位置的补偿量；以及第二旋转位置计算单元，其用于将所述第一旋转位置与所述补偿量相加，作为所述电机的转子的第二旋转位置。根据本申请实施例的第二方面，提供一种电机的转子位置的推定方法，所述方法包括：向旋转状态下未启动的电机注入高频电压，所述高频电压的频率位于PWM调制频率和电机速度响应频率之间；从所述电机的定子的电流中提取与所述高频电压具有相同频率的高频分量；根据所述电流的高频分量中的q轴电流的高频分量，计算所述电机的转子的第一旋转位置；分别计算在所述高频电压注入的时间内，所述电流的高频分量中的d轴电流的高频分量的正分量和负分量在所述定子的电阻上消耗的能量；根据上述消耗的能量，确定所述转子的旋转位置的补偿量；以及将所述第一旋转位置与所述补偿量相加，作为所述电机的转子的第二旋转位置。本专利技术的有益效果在于：能够在转子旋转且尚未启动的状态下，快速推定转子的位置，从而提高电机启动的速度。参照后文的说明和附图，详细公开了本专利技术的特定实施方式，指明了本专利技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本专利技术的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本专利技术的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。附图说明所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本专利技术的实施方式，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1是包含有本申请实施例1的推定装置的电机控制系统的一个示意图；图2是本申请实施例1的注入的高频电压的一个示意图；图3是本申请实施例1的d轴电流的高频分量idh，正分量idh_pos和负分量idh_neg的一个示意图；图4是本申请实施例1的Edh_pos和Edh_neg的一个示意图；图5是实施例2的推定方法的一个示意图。具体实施方式参照附图，通过下面的说明书，本专利技术的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本专利技术的特定实施方式，其表明了其中可以采用本专利技术的原则的部分实施方式，应了解的是，本专利技术不限于所描述的实施方式，相反，本专利技术包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。实施例1本专利技术实施例1提供一种电机的转子位置的推定装置。图1是包含有该推定装置的电机控制系统1的一个示意图。如图1所示，该推定装置100可以具有：高频电压发生器101，高频电流提取单元102，注入能量计算单元103，第一旋转位置计算单元104，补偿量计算单元105，以及第二旋转位置计算单元106。在本实施例中，高频电压发生器101可以向旋转状态下未启动的电机M注入高频电压uh，该高频电压uh的频率可以高于电机M启动后用于驱动电机M的驱动电压的频率，例如，该高频电压uh的频率可以位于PWM调制频率fpwm和电机M的速度响应频率之间，其中：PWM调制频率是指PWM调制信号的频率，PWM调制信号用于生成电机M的驱动电压；电机M的速度响应频率是指电机的运动带宽对应的最大响应频率，也就是电机控制器在被控状态下的性能指标中响应性能对应的频率。在本实施例中，高频电压uh为注入d轴的电压，例如，高频电压uh可以被表示为下式(1)：其中，udh为高频电压uh的d轴分量，uqh为高频电压uh的q轴分量，Uh为高频电压uh的模值，ω为该高频电压uh的频率，ω例如为PWM调制频率fpwm的1/20。高频电流提取单元102可以用于从电机M的定子的电流中提取与高频电压uh具有相同频率的高频分量，该电流的高频分量例如包括：d轴电流的高频分量idh，以及q轴电流的高频分量iqh。在本实施例中，idh和iqh符合如下的式(2)：根据上述式(2)和(1)，可以得到idh和iqh的表达式为下式(3)和(4)：在上述的式(2)、式(3)、式(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机的转子位置的推定装置，所述装置包括：/n高频电压发生器，其向旋转状态下未启动的电机注入高频电压，所述高频电压的频率位于PWM调制频率和电机速度响应频率之间；/n高频电流提取单元，其用于从所述电机的定子的电流中提取与所述高频电压具有相同频率的高频分量；/n第一旋转位置计算单元，其根据所述电流的高频分量中的q轴电流的高频分量，计算所述电机的转子的第一旋转位置；/n注入能量计算单元，其分别计算在所述高频电压注入的时间内，所述电流的高频分量中的d轴电流的高频分量的正分量和负分量在所述定子的电阻上消耗的能量；/n补偿量计算单元，根据上述消耗的能量，确定所述转子的旋转位置的补偿量；以及/n第二旋转位置计算单元，其用于将所述第一旋转位置与所述补偿量相加，作为所述电机的转子的第二旋转位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机的转子位置的推定装置，所述装置包括：
高频电压发生器，其向旋转状态下未启动的电机注入高频电压，所述高频电压的频率位于PWM调制频率和电机速度响应频率之间；
高频电流提取单元，其用于从所述电机的定子的电流中提取与所述高频电压具有相同频率的高频分量；
第一旋转位置计算单元，其根据所述电流的高频分量中的q轴电流的高频分量，计算所述电机的转子的第一旋转位置；
注入能量计算单元，其分别计算在所述高频电压注入的时间内，所述电流的高频分量中的d轴电流的高频分量的正分量和负分量在所述定子的电阻上消耗的能量；
补偿量计算单元，根据上述消耗的能量，确定所述转子的旋转位置的补偿量；以及
第二旋转位置计算单元，其用于将所述第一旋转位置与所述补偿量相加，作为所述电机的转子的第二旋转位置。


2.如权利要求1所述的电机的转子位置的推定装置，其中，所述高频电流提取单元包括：
电流转换单元，其将所述电机的定子的检测电流转换为d轴电流和q轴电流；以及
带通滤波单元，其分别对所述d轴电流和所述q轴电流进行带通滤波，以分别提取所述d轴电流的高频分量和所述q轴电流的高频分量。


3.如权利要求1所述的电机的转子位置的推定装置，其中，所述第一旋转位置计算单元包括：
乘法单元，其用于将所述q轴电流的高频分量和正弦高频信号相乘，所述正弦高频信号与所述高频电压具有相同的频率；
低通滤波单元，其用于对所述乘法单元的计算结果进行低通滤波处理；以及
角度角速度锁相环推定单元，其用于根据所述低通滤波单元的滤波结果，推定所述电机的转子的角度和角速度，所述转子的角度表示所述第一旋转位置。


4.如权利要求1所述的电机的转子位置的推定装置，其中，所述注入能量计算单元包括：
电流方向实时判断单元，其判断所述d轴电流的高频分量的正分量和负分量，并分别输出所述正分量和所述负分量；
注入能量积算单元，分别针对所述正分量和所述负分量，积算在所述高频电压注入的时间内定子的电阻上消耗的能量。


5.如权利要求1所述的电机的转子位置的推定装置，其中，
当所述正分量消耗的能量值大于所述负分量消耗的能量值...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄孝亮，中岛洋一郎，新井春树，
申请(专利权)人：三垦电气株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP