一种电机转子位置信息获取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电机转子位置信息获取方法及系统，利用高频脉振电压注入法向永磁同步电机注入高频信号；在两相静止坐标系下通过带通滤波器滤波，获得包含转子位置信息的特定频率段的高频电流。将高频响应电流解调，通过低通滤波器，获得只包含转子位置信息的电流。构建全通滤波器，对带通滤波器和低通滤波器滤波所带来的相位偏移进行补偿，获得补偿后的电流。将补偿后的电流通过归一化锁相环获得转子位置和转速。本发明专利技术方法对电机转子位置进行实时追踪，为电机驱动提供准确的位置信息，提高了解码精度及解码速度；同时对信号进行相位补偿，避免了由于相位滞后导致该方法失效的情况发生，提高了所获取转子位置的可靠性、系统鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
一种电机转子位置信息获取方法及系统
本专利技术涉及电机控制的
，尤其涉及一种电机转子位置信息在获取该信息时对滤波器所带来的相位偏移进行补偿的获取方法。
技术介绍
永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)具有体积小，功率密度大和工作效率高等特点，被广泛的运用在各种领域。实现永磁同步电机的高性能控制需要十分精确的转子位置信息。传统控制方法一般使用位置传感器。如今，降成本、容错设计理念及特殊工况需求使得稳定、准确、高效的无位置传感器控制算法渐渐成为电机控制领域的热点。目前国内外学者提出了多种无位置传感器控制算法。如在零低速域采用基于高频脉振电压注入法的转子位置估算方法，在中高速域采用基于滑模观测器的转子位置估算方法。本专利技术中所用高频脉振电压注入法是通过在同步旋转坐标系d轴注入高频脉振电压信号，从两相静止坐标系响应的高频电流信号中提取位置信息，实现了转子位置的观测。从高频电流信号中提取转子位置信息时需要用到带通滤波器来提取高频信号，还需要低通滤波器来滤除高频杂波获得更加精确的转子位置信号，但带通滤波和低通滤波都会带来相位偏移问题，影响转子位置估算的精度，需要对转子位置进行补偿。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。r>鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术提供了一种电机转子位置信息获取方法及系统，能够解决提取转子位置信息时带通滤波器和低通滤波器所带来的相位偏移问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种电机转子位置信息获取方法，包括如下步骤：步骤一：利用高频脉振电压注入法向估算的d轴注入高频信号；在αβ两相静止坐标系下通过带通滤波器滤波，获得包含转子信息的特定频率段的高频电流iαh、iβh。步骤二：再将该电流乘以解调信号2sin(ωht)，通过低通滤波器，即可获得只包含转子位置信息的电流iαl、iβl。步骤三：对滤波器滤波所带来的相位偏移进行补偿，构建全通滤波器，获得补偿后的电流iαl’、iβl’。步骤四：将补偿后的电流通过归一化锁相环即可获得补偿后的转子位置θ和转速ωr。进一步的，所述步骤一中具体包括：向估算的d轴注入高频信号：其中，为向估算的dq轴注入的高频信号，Uh为高频信号的幅值，ωh为高频信号的角频率；在αβ两相静止坐标系获得响应的高频电流iαh、iβh：其中，Ldh为同步旋转坐标系下d轴的高频电感，θ为转子实际位置。进一步的，所述步骤二中具体包括：其中，LPF表示低通滤波器，为带通滤波器和低通滤波器所造成的总的相位偏移角。进一步的，所述步骤三中具体包括：选用巴特沃斯带通和低通滤波器，其中低通滤波器幅频响应需要满足的关系式为：其中，Ω、Ωc、N分别表示频率、转折频率、系统阶数。巴特沃斯低通滤波器在频率Ωc处的增益为-3dB，根据其相频特性曲线可知，低通滤波器提取信号时会带来相位偏移，且相位偏移随着信号频率的增加而增加，带通滤波器同样也会带来相位偏移。构建四阶全通滤波器来对带通和低通滤波器产生的相位偏移进行补偿：其中a1、a2、a3、a4是全通滤波器的参数，根据带通和低通滤波器的参数通过遗传算法迭代得到，级联全通滤波器来实现相位平衡：其中，APF表示全通滤波器，为级联全通滤波器后总的相位偏移，若全通滤波器设计足够理想，可近似进一步的，所述步骤四中具体包括：归一化前锁相环的输入误差ε表达式为：其中，为锁相环输出的转子观测位置，归一化后的输入误差εn为：归一化后锁相环的传递函数为：其中，kp、ki为锁相环PI调节器的比例项与积分项。合理地设计PI调节器能够使归一化锁相环准确地估计出转子位置与速度信息。为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：一种电机转子位置获取系统，实施本专利技术电机转子位置信息获取方法，包括：信号获取模块，用于获取永磁同步电机两相静止坐标系下的高频电流信号。解调信号生成模块，用于根据输入高频信号生成解调信号，对提取的高频电流信号解调。滤波模块，用于滤除高频信号，获取只包含转子位置信息的正余弦信号。相位补偿模块，用于对信号解调过程中滤波器产生的相位偏移进行补偿。转子角度生成模块，用于利用锁相环对正余弦信号进行解码处理，生成电机转子角度。与现有技术相比，本专利技术具有如下实质性特点和显著优点：1.本专利技术提出一种电机转子位置获取方法及系统，通过高频注入的方式获取转子角度，可以对电机转子位置进行实时追踪，为电机驱动提供准确的位置信息；2.本专利技术同时对获取过程中产生的相位偏移进行补偿，提高了所获取转子位置的精度和可靠性，优化了控制系统的性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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它的附图。其中：图1为本专利技术的电机转子位置获取方法的流程图。图2为本专利技术的永磁同步电机高频脉振电压注入法的结构框图。图3为本专利技术的所述的归一化锁相环的结构示意图。图4为本专利技术的低通滤波器的幅频特性和相频特性示意图。图5为本专利技术的带通滤波器的幅频特性和相频特性示意图。图6为本专利技术的实际坐标系和估计坐标系的角度关系示意图。图7为本专利技术的归一化锁相环的等效结构示意图。图8为传统高频脉振注入法仿真所得转子位置和转子误差波形图。图9为本专利技术的使用本专利技术所提方法仿真所得转子位置和转子误差波形图。图10为本专利技术实施例4的电机转子位置系统的一个具体示例的示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术的保护的范围。实施例1一种电机转子位置信息获取方法，包括如下步骤：步骤一：利用高频脉振电压注入法向估算的d轴注入高频信号；在αβ两相静止坐标系下通过带通滤波器滤波，获得包含转子信息的特定频率段的高频电流iαh、iβh。步骤二：再将该电流乘以解调信号2sin(ωht)，通过低通滤波器，即可获得只包含转子位置信息的电流iαl、iβl。步骤三：对滤波器滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电机转子位置信息获取方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：利用高频脉振电压注入法向电机估算的d轴注入高频信号；在αβ两相静止坐标系下通过带通滤波器滤波，获得包含转子信息的特定频率段的高频电流；/n步骤二：用解调信号将高频电流解调，通过低通滤波器，进而获得只包含转子位置信息的低频电流信号；/n步骤三：构建全通滤波器，对滤波器滤波所带来的相位偏移进行补偿，获得补偿后的电流；/n步骤四：将补偿后的电流通过归一化锁相环获得补偿后的转子位置和转速。/n

【技术特征摘要】
1.一种电机转子位置信息获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：利用高频脉振电压注入法向电机估算的d轴注入高频信号；在αβ两相静止坐标系下通过带通滤波器滤波，获得包含转子信息的特定频率段的高频电流；
步骤二：用解调信号将高频电流解调，通过低通滤波器，进而获得只包含转子位置信息的低频电流信号；
步骤三：构建全通滤波器，对滤波器滤波所带来的相位偏移进行补偿，获得补偿后的电流；
步骤四：将补偿后的电流通过归一化锁相环获得补偿后的转子位置和转速。


2.如权利要求1所述的一种电机转子位置信息获取方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述向估算的d轴注入高频信号，具体包括：
向估算的d轴注入高频信号：



其中，为向估算的dq轴注入的高频信号，Uh为高频信号的幅值，ωh为高频信号的角频率。


3.如权利要求1所述的一种电机转子位置信息获取方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述永磁同步电机在两相静止坐标系下高频电流响应，具体包括：
永磁同步电机在基波激励下在dq两相旋转坐标系上的电压方程可以表示为：



式中，ud、uq为dq两相旋转坐标系上的电压，id、iq为dq两相旋转坐标系上的电流，Ld、Lq为dq两相旋转坐标系的电感，R为定子电阻，ωe为转子电角速度，p为微分算子，ψf永磁体磁链；
经过变换可求得永磁同步电机在两相静止坐标系下高频电流响应iαh、iβh可表示为：



式中，为估计的dq两相旋转坐标系下的电压，Ldh、Lqh为dq两相旋转坐标系的高频电感，θ为实际的转子电角度，为估算的转子电角度，Δθ为实际转子电角度与估计转子电角度的差值。


4.如权利要求1所述的一种电机转子位置信息获取方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述获得包含转子信息的特定频率段的高频电流，具体包括：
将高频信号注入后可得：



从式中可以看出两相静止坐标系下的高频电流响应中包含转子位置信息；当电角度误差足够小可近似为Δθ＝0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爽，朱盘龙，赵剑飞，
申请(专利权)人：上海大学，上大电气科技嘉兴有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31