周期互补高频方波注入的无传感器控制方法技术

一种周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，属于电机无位置传感器控制技术领域。本发明专利技术为解决现有电机无位置传感器控制中采用的高频信号注入法，由于电感交叉耦合因素影响导致转子估计位置存在偏置误差的问题。包括：分别向永磁同步电机同步观测轴系的d轴和q轴注入周期互补的方波电压信号，获得d轴和q轴高频响应电流，进行PWM周期离散化处理，得到两个阶段的离散转子位置误差信号，并得到不含交叉耦合项的解耦后转子位置误差信号，再经滑动平均滤波得到最终转子位置误差信号，并进一步得到平滑连续的估计转子位置信号和转速信号作为反馈信号对永磁同步电机进行控制。本发明专利技术可获得较高的转子位置观测精度。可获得较高的转子位置观测精度。可获得较高的转子位置观测精度。

【技术实现步骤摘要】
周期互补高频方波注入的无传感器控制方法


[0001]本专利技术涉及周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，属于电机无位置传感器控制


技术介绍

[0002]对于电磁同步电机的控制技术而言，应用最为广泛的是矢量控制技术。永磁同步电机的高性能控制需要精确的转子位置信息来实现磁场定向，通常在转子轴端安装位置检测装置，如光电编码器，增量式码盘等。然而，这些传感器使系统的成本增加，体积增大，并且降低了系统的可靠性和抗干扰能力。而通过检测电机电压和电流信号，结合电机模型估计转子位置及转速，可实现电机的无传感器控制。因此，永磁同步电机的无传感器控制(Sensorless Control)技术逐渐成为了电机控制
的研究热点之一。
[0003]根据电动机运行在不同速度范围转子位置检测方法的估算效果，可以把无位置传感器控制方法分为两大类：适用于中高速的模型法和适用于零低速的高频信号注入法。在中高速范围，模型法具有计算简单，动态响应快且延迟较小的优势，但在零速或低速时的反电势过低，因此此种方法不适用于零低速。在零低速范围内主要应用高频信号注入法，这种方法对电机参数不敏感，鲁棒性好，其中包括：高频旋转正弦信号注入法、高频脉振信号注入法、高频脉冲信号注入法、高频方波信号注入法。高频信号注入法因其优良的性能被广泛应用于零低速无传感器控制系统中。
[0004]然而，受电感交叉耦合因素影响，采用高频信号注入法时，不同负载条件下，转子估计位置会产生不同的位置误差偏置。仅在理想空载条件下，二者是重合的。由于电机正常运行时不存在理想的空载条件，采用传统高频电压注入法时，实质观测的是电机磁场的凸极特性，而非电机几何凸极特性，二者之间存在着角度误差。所以，在转子位置观测过程中，应该考虑互感的存在，消除交叉耦合效应对位置估计的影响。位置误差偏置将导致矢量控制解耦不准确，电机转速和转矩产生偏差，严重时导致电机无传感器运行不稳定。因此，需要对同步电机运行在不同负载情况下的互感交叉耦合现象进行补偿。
[0005]在无传感器控制下，准确的转子估计位置是确保永磁同步电机(PMSM)高性能无传感器运行的重要前提。为了抑制高频信号注入法中由电感交叉耦合因素导致的转子估计位置偏置误差，需要提出一种新的注入永磁电机无位置传感器控制方法，以解决位置受交叉耦合影响的问题，并获得较高的位置观测精度。

技术实现思路

[0006]针对现有电机无位置传感器控制中采用的高频信号注入法，由于电感交叉耦合因素影响导致转子估计位置存在偏置误差的问题，本专利技术提供一种周期互补高频方波注入的无传感器控制方法。
[0007]本专利技术的一种周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，包括，
[0008]将每个注入脉冲周期均分为两个阶段，第一阶段向d轴注入方波电压信号，第二阶
段向q轴注入方波电压信号；两个阶段的方波电压信号周期互补；
[0009]在注入脉冲周期内，分别向永磁同步电机同步观测轴系的d轴和q轴注入周期互补的方波电压信号，在测量轴系分别获得d轴和q轴高频响应电流；对d轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理，得到第一阶段离散转子位置误差信号；对q轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理，得到第二阶段离散转子位置误差信号；将第二阶段离散转子位置误差信号与第一阶段离散转子位置误差信号相减，得到不含交叉耦合项的解耦后转子位置误差信号；
[0010]将解耦后转子位置误差信号经滑动平均滤波得到最终转子位置误差信号；将最终转子位置误差信号反馈至位置观测器，得到平滑连续的估计转子位置信号；再对平滑连续的估计转子位置信号进行微分得到转速信号；
[0011]将平滑连续的估计转子位置信号和转速信号作为反馈信号对永磁同步电机进行控制，实现无传感器闭环矢量控制。
[0012]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，d轴和q轴注入周期互补的方波电压信号后，在d轴和q轴上获得周期性三角波电流。
[0013]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，所述测量轴系滞后于同步观测轴系45
°
。
[0014]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，对d轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理和对q轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理，得到的离散化高频电流表达式为：
[0015][0016][0017]式中为测量轴系下d轴离散化电流，为测量轴系下q轴离散化电流，k为拍次，每两个拍次对应注入脉冲周期的一个阶段，为自然数；[k,k+1]为第n个注入脉冲周期的第一阶段对应的区间，[k+2,k+3]为第n个注入脉冲周期的第二阶段对应的区间，为测量轴系下d轴高频响应电流，为测量轴系下q轴高频响应电流，u
dinj
为测量轴系下d轴注入的方波电压，L
dh
为d轴电感值，L
qh
为q轴电感值，L
dqh
为dq轴之间的互感值，表示第一阶段离散转子位置误差信号或第二阶段离散转子位置误差信号，u
qinj
为测量轴系下q轴注入的方波电压。
[0018]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，当n＝k,k+1时，
[0019][0020]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，当n＝k+2,k+3时，
[0021][0022]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，第一阶段离散转子位置误差信号为：
[0023][0024]式中L
h
为均值电感，ΣL
h
＝(L
dh
+L
qh
)/2，ΔL
h
为差值电感，ΔL
h
＝(L
dh
‑
L
qh
)/2，U
di
为d轴注入方波电压u
dinj
的幅值，T
i
为方波电压的注入周期，为注入脉冲周期的四分之一；为测量轴系下q轴电流幅值，为测量轴系下d轴电流幅值，λ为信号处理过程系数，
[0025]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，第二阶段离散转子位置误差信号为：
[0026][0027]式中U
qi
为q轴注入方波电压u
qinj
的幅值。
[0028]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，解耦后转子位置误差信号E为：
[0029][0030]式中为q轴与d轴注入方波电压的幅值比。
[0031]根据本专利技术的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，将解耦后转子位置误差信号经滑动平均滤波得到最终转子位置误差信号的方法包括：
[0032]设置离散建模后的滑动平均滤波器为：
[0033][0034]式中G
MAF
(s)为滑动平均滤波器的传递函数，T
h
为开关频率周期；
[0035]解耦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，其特征在于包括，将每个注入脉冲周期均分为两个阶段，第一阶段向d轴注入方波电压信号，第二阶段向q轴注入方波电压信号；两个阶段的方波电压信号周期互补；在注入脉冲周期内，分别向永磁同步电机同步观测轴系的d轴和q轴注入周期互补的方波电压信号，在测量轴系分别获得d轴和q轴高频响应电流；对d轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理，得到第一阶段离散转子位置误差信号；对q轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理，得到第二阶段离散转子位置误差信号；将第二阶段离散转子位置误差信号与第一阶段离散转子位置误差信号相减，得到不含交叉耦合项的解耦后转子位置误差信号；将解耦后转子位置误差信号经滑动平均滤波得到最终转子位置误差信号；将最终转子位置误差信号反馈至位置观测器，得到平滑连续的估计转子位置信号；再对平滑连续的估计转子位置信号进行微分得到转速信号；将平滑连续的估计转子位置信号和转速信号作为反馈信号对永磁同步电机进行控制，实现无传感器闭环矢量控制。2.根据权利要求1所述的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，其特征在于，d轴和q轴注入周期互补的方波电压信号后，在d轴和q轴上获得周期性三角波电流。3.根据权利要求1所述的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，其特征在于，所述测量轴系滞后于同步观测轴系45
°
。4.根据权利要求1至3中任一项所述的周期互补高频方波注入的无传感器控制方法，其特征在于，对d轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理和对q轴高频响应电流进行PWM周期离散化处理，得到的离散化高频电流表达式为：式中为测量轴系下d轴离散化电流，为测量轴系下q轴离散化电流，k为拍次，每两个拍次对应注入脉冲周期的一个阶段，为自然数；[k,k+1]为第n个注入脉冲周期的第一阶段对应的区间，[k+2,k+3]为第n个注入脉冲周期的第二阶段对应的区间，为测量轴系下d轴高频响应电流，为测量轴系下q轴高频响应电流，u
dinj
为测量轴系下d轴注入的方波电压，L
dh
为d轴电感值，L
qh
为q轴电感值，L

【专利技术属性】
技术研发人员：张国强，汪思淳，王高林，毕广东，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：