一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法技术

本发明专利技术涉及一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法。采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号；利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压；利用带通滤波器、适当形式的3次高频正弦信号、低通滤波器、PI调节器及积分器，对高频载波零序电压进行解调，最终获得转子位置角的观测值。本发明专利技术简化了误差信号的提取及处理算法，提高了观测器灵敏度，且电机运行更加平稳。

【技术实现步骤摘要】
一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法
本专利技术涉及一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法。
技术介绍
多相永磁同步电机具有效率高、多自由度控制等优点，在轨道交通、军事装备、航空航天等领域得到广泛应用，其中五相永磁同步电机在具有上述优点的同时，还具有相对相数较少特点，降低了驱动系统成本。与三相系统类似，五相永磁同步电机瞬时转矩及磁场的控制直接决定了由此构成的驱动系统的动态、稳态性能的优劣，在控制过程中电机的转子位置角的准确获得是关键。可以采用转子位置角物理传感器，例如旋转编码器、旋转变压器等，测量转子位置角，但该法降低了驱动系统的可靠性、提高了系统硬件成本；也可以借助于电机可测量的电气变量对转子位置角进行观测，即转子位置角观测方法，该方法很好的避免了物理传感器测量方法的缺陷。与三相系统类似，传统的多相永磁同步电机转子位置角观测方法也有两种类型：一种是基于基波信号构成法；另一种是基于高频信号注入法。前者只能适用于电机的中、高速运行区；而后者有效解决了转子低速运行区的转子位置角的观测，但目前均是在基波平面注入高频信号，存在如下缺陷：(1)基波平面的高频信号带来转矩的较大脉动，影响了系统运行的平稳性；(2)基波平面注入法需要更多的采样通道、更多的信号提取环节，算法复杂；(3)基波平面注入法中误差函数中谐波信号频率较低、观测器的增益低，造成对信号处理要求较高。针对上述问题，本专利技术针对五相永磁同步电机驱动系统提出了一种算法简化、且灵敏度高的转子位置角观测方法。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法，该方法简化了误差信号的提取及处理算法，提高了观测器灵敏度，且电机运行更加平稳。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法，采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号；利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压；利用带通滤波器、3次高频正弦信号、低通滤波器、PI调节器及积分器，对高频载波零序电压进行解调，最终获得转子位置角的观测值。在本专利技术一实施例中，该方法具体包括如下步骤：步骤S1、采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号，利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压URN；步骤S2、将高频载波零序电压URN送给中心频率为3ωh的带通滤波器，输出高频载波零序电压U′RN；步骤S3、将高频载波零序电压U′RN、单位幅值正弦信号送给乘法器，得到为观测的转子位置角；步骤S4、将送给截止频率为0.6ωh的低通滤波器，输出误差信号步骤S5、将送给PI调节器，输出转子旋转电角速度观测值其中，kpω、kiω分别为转子旋转电角速度观测器中PI调节器的比例系数和积分系数；步骤S6、将送给积分器，输出转子位置角观测其中，kiθ为转子位置角观测器中积分器的积分系数。在本专利技术一实施例中，所述步骤S1中采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号的具体实现步骤如下：S11、根据矢量控制或直接转矩控制策略，计算用于控制电机电磁转矩及磁场的基波平面α轴、β轴电压给定S12、根据3次谐波平面控制策略，计算用于控制电机3次谐波的3次谐波平面α轴、β轴电压给定S13、根据观测的转子位置角高频电压频率ωh及电压峰值Um，计算5相高频电压给定其中，为相邻绕组夹角电角度；S14、利用T5矩阵，把变换到3次谐波平面，获得3次谐波平面注入的高频电压α轴、β轴分量其中，为基波平面注入的高频电压α轴、β轴分量给定值，为零序电压给定值；S15、利用加法器，实现与对应相加，获得具有高频电压的3次谐波平面电压α轴、β轴分量S16、把基波平面电压给定3次谐波平面电压给定送给5相空间电压矢量调制或脉宽调制模块，输出驱动5相逆变桥的A相～E相桥臂的开关状态信号SA～SE；S17、开关状态信号SA～SE送给直流母线电压为UDC的5相逆变器，实现电机3次幅值脉振的高频电压信号注入。在本专利技术一实施例中，所述步骤S3中单位幅值正弦信号是通过转子位置观测值高频信号频率ωh计算得到。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)利用平衡电阻网络，获得高频载波零序电压，并从中构建观测转子位置角的误差信号，最终实现了转子位置角的观测，简化了误差信号的提取及处理算法；(2)采用3次谐波平面注入幅值脉振的高频电压，误差信号中出现了20倍于基波信号的谐波干扰信号，由于该干扰信号频率较高，有利于后续PI调节器和积分器对其快速消除；(3)3次谐波平面注入幅值脉振的高频信号，避免了对基波平面转矩的不利影响，有利于电机的平稳运行；(4)采用3次谐波平面注入法，提取的误差信号中转子位置角误差为基波平面注入中转子位置角误差的12倍、18倍，所以转子位置角观测通道增益明显提高，观测器灵敏度提高了。附图说明图1为本专利技术转子位置角观测器结构框图。图2为本专利技术的实施驱动系统硬件结构范例。图3为用于零序载波电压测量的平衡电阻网络连接方式。图4为坐标系定义。图5为本专利技术转子位置观测方法流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术针对五相永磁同步电机驱动系统提出一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法。采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号；利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压；利用带通滤波器、适当形式的3次高频正弦信号、低通滤波器、PI调节器及积分器，对高频载波零序电压进行解调，最终获得转子位置角的观测值。目的有三个方面：一是借助于3次谐波平面高频信号注入，实现转子位置角观测通道的增益提高、脉动谐波分量更高；二是借助于高频载波零序电压构建转子位置角观测的误差信号，实现了转子位置角观测算法的简化。根据矢量控制或直接转矩控制策略，计算用于控制电机电磁转矩及磁场的基波平面α轴、β轴电压给定根据3次谐波平面控制策略，计算用于控制电机3次谐波的3次谐波平面α轴、β轴电压给定根据观测的转子位置角高频电压频率ωh及电压峰值Um，计算5相高频电压给定利用T5矩阵，把变换到3次谐波平面，获得3次谐波平面注入的高频电压α轴、β轴分量利用加法器，实现与对应相加，获得具有高频电压的3次谐波平面电压α轴、β轴分量把基波平面电压给定3次谐波平面电压给定送给5相空间电压矢量调制或脉宽调制模块，输出驱动5相逆变桥的A相～E相桥臂的开关状态信号SA～SE，通过5相逆变器实现了电机3次幅值脉振的高频电压注入。如图1所示，平衡电阻性网络R1～R5分别并联于5相绕组端部，其公共点为R；R与5相绕组中心点N之间电压为高频载波零序电压URN；把URN送本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法，其特征在于，采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号；利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压；利用带通滤波器、3次高频正弦信号、低通滤波器、PI调节器及积分器，对高频载波零序电压进行解调，最终获得转子位置角的观测值。/n

【技术特征摘要】
1.一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法，其特征在于，采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号；利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压；利用带通滤波器、3次高频正弦信号、低通滤波器、PI调节器及积分器，对高频载波零序电压进行解调，最终获得转子位置角的观测值。


2.根据权利要求1所述的一种算法简化的五相永磁同步电机转子位置角观测方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：
步骤S1、采用三次谐波平面注入幅值脉振的高频电压信号，利用并联于5相绕组端部的平衡电阻网络中心点与电机绕组中心点，提取出高频载波零序电压URN；
步骤S2、将高频载波零序电压URN送给中心频率为3ωh的带通滤波器，输出高频载波零序电压U′RN；
步骤S3、将高频载波零序电压U′RN、单位幅值正弦信号送给乘法器，得到为观测的转子位置角；
步骤S4、将送给截止频率为0.6ωh的低通滤波器，输出误差信号
步骤S5、将送给PI调节器，输出转子旋转电角速度观测值



其中，kpω、kiω分别为转子旋转电角速度观测器中PI调节器的比例系数和积分系数；
步骤S6、将送给积分器，输出转子位置角观测



其中，kiθ为转子位置角观测器中积分器的积分系数。


3.根据权利要求1所述的一种算法简化的五相永磁同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，吴京周，杨公德，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35