低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，在旋转坐标系内注入低频的电压信号，根据响应电流幅值，以自适应学习方式注入电压幅值，记录最后一拍注入电压幅值为V

【技术实现步骤摘要】
低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法


[0001]本专利技术涉及一种永磁电机转子位置的检测方法，尤其涉及一种低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法。

技术介绍

[0002]目前，常规采用的永磁同步电机低速无传感器控制的有效方案为高频注入方案，其常规采用三种方案：1、高频旋转注入方案；2、高频脉振注入方案；3、高频方波注入方案。
[0003]具体来说，在永磁电机低速运行或零速的情况下，现有技术都是通过在电机内部注入高频的电压信号实现转子位置提取的。其与本专利技术的方案的主要差别在于，注入信号的特征不同。高频旋转注入方案是在三相定子坐标系内注入旋转的电压矢量获取转子角度信息。高频脉振注入方案是通过在旋转坐标系内注入高频正弦波提取转子角度。高频方波注入方案是基于高频脉振注入方案发展而来，在旋转坐标系内注入高频的电压方波信号以获得转子角度。实施期间，在注入高频的电压信号后，通过信号提取技术得到高频的响应电流，然后经过算法提取得到转子位置信息，实现永磁电机的低速无位置传感器闭环控制。
[0004]结合实际实施来看，目前常规采用的基于信号注入的永磁电机无传感器的控制方式，其需要在电机内部注入高频的电压信号。由此，必定会引起刺耳的噪音，限制了该技术在对噪音敏感的领域，至少其无法在某些家电领域中得到推广。
[0005]同时，降低注入电压的频率是减小由于高频电压信号注入引起噪声的有效手段。但是，这样的处理方式会存在信号提取困难的问题。并且，也有部分方案通过注入离散的脉冲信号实现了低频信号的提取。然而，这样离散的脉冲信号注入会引起转矩的冲击。此外，为了实现脉冲信号的提取，会将系统环路控制打断，破坏了系统闭环调节的连续性，降低了系统动态响应能力。
[0006]有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法。
[0008]本专利技术的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其包括以下步骤：
[0009]步骤一，在旋转坐标系内注入低频的电压信号，根据响应电流幅值，以自适应学习方式注入电压幅值，记录最后一拍注入电压幅值为V
inj
；
[0010]步骤二，在观测的旋转坐标系中，对坐标系的轴注入低频脉振电压，对输出电流进行采样，提取响应电流幅值；
[0011]步骤三，通过观测器获取低频响应电流中包含的转子角度信息，得到转子速度，经过算法提取得到转子位置信息，实现闭环控制。
[0012]进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，以自适应学习方式，注入电压幅值的过程为，在停机状态下，以预设步长参数，增加注入电压幅值，监控输出的线电流；
[0013]若响应电流幅值小于目标电流的预设值，则保持预设步长参数继续增加注入电压；
[0014]若响应电流幅值大于目标电流的预设值，但不超过目标电流，则以调整步长参数继续增加电压幅值，直到响应电流超过目标线电流；
[0015]若响应电流幅值大于目标电流，则以预设步长参数减小电压幅值，直到响应电流小于目标线电流；
[0016]最终，记录最后一拍注入的电压幅值为V
inj
，自适应注入电压学习结束。
[0017]更进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，所述预设步长参数、调整步长参数、目标电流的预设值的调节范围为1％至100％。并且，所涉及的切换阈值均可以根据实际处理的情况进行调整，满足最终幅值自适应的需求。
[0018]更进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，所述步骤二，在观测的旋转坐标系坐标系的轴，注入低频脉振电压，频率设为20Hz，幅值为步骤一学习得到的V
inj
，在静止两相坐标系内，通过傅里叶变换提取与注入低频电压同频的响应电流幅值I
αh,βh
；
[0019]对输出电流进行采样，并对其进行Clark变换得到两相静止坐标系内的输出电流，Clark变换公式为：
[0020][0021]其中，i
α,β
表示两相静止坐标系内的电流，i
U,V,W
为三相输出电流；
[0022]在两相静止坐标系内，通过傅里叶变换提取与注入电压同频的响应电流幅值。
[0023]更进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，所述步骤三中，通过角度观测器，对低频响应电流中包含的转子角度信息进行求解，并对其进行微分得到转子速度，进行反馈实现闭环控制，实施期间可采用锁相环来构成角度观测器。当然，也可以采用其他近似的角度观测器，以数据能直观获取作为优选参考；
[0024]设电机的电压方程为，
[0025][0026]式(2)为标准的RL电路模型，其中u
d,q
为d，q轴电压，i
d,q
为d，q轴电流，L
d,q
为d，q轴电感，R
s
为定子电阻，
[0027]保持步骤一中电压幅值的学习结果，在旋转坐标系内的d轴上注入正弦波信号，获
取旋转坐标系中的注入电压。
[0028]更进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，所述步骤三中，采用的注入电压表达式为，
[0029][0030]其中ω
h
为注入信号频率；
[0031]通过式(2)和式(3)的结合，得到在观测旋转坐标系中的响应电流为：
[0032][0033]其中，Z
d,q
＝R
s
+jω
h
L
d,q
，θ
e
为转子实际电角度，Δθ
e
为观测角度偏差，
[0034]通过表示Park坐标变换，下标
‘
h
’
表示对应注入频率的分量，入频率的分量，
[0035]由式(4)可知，在观测的旋转坐标系的坐标系中，轴电流包含转子位置偏差信息Δθ
e
，对其进行如下转换：
[0036][0037]其中，
[0038]由式(5)可知，在观测的旋转坐标系中，轴电流幅值表达了转子位置信息，能基于轴电流幅值收敛得到转子位置。
[0039]更进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，所述步骤三中，在两相静止坐标系内的响应电流表达式为，
[0040][0041]更进一步地，上述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其中，两相静止坐标系内的响应电流表达式中，当位置偏差Δθ
e
较小时，(6)式简化为，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，在旋转坐标系内注入低频的电压信号，根据响应电流幅值，以自适应学习方式注入电压幅值，记录最后一拍注入电压幅值为V
inj
；步骤二，在观测的旋转坐标系中，对坐标系的轴注入低频脉振电压，对输出电流进行采样，提取响应电流幅值；步骤三，通过观测器获取低频响应电流中包含的转子角度信息，得到转子速度，经过算法提取得到转子位置信息，实现闭环控制。2.根据权利要求1所述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其特征在于：步骤一中，以自适应学习方式注入电压幅值的过程为，在停机状态下，以预设步长参数，增加注入电压幅值，监控输出的线电流，若响应电流幅值小于目标电流的预设值，则保持预设步长参数继续增加注入电压；若响应电流幅值大于目标电流的预设值，但不超过目标电流，则以调整步长参数继续增加电压幅值，直到响应电流超过目标线电流；若响应电流幅值大于目标电流，则以预设步长参数减小电压幅值，直到响应电流小于目标线电流；最终，记录最后一拍注入的电压幅值为V
inj
，自适应注入电压学习结束。3.根据权利要求2所述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其特征在于：所述预设步长参数、调整步长参数、目标电流的预设值的调节范围为1％至100％。4.根据权利要求1所述的低噪声低频脉振信号注入永磁电机转子位置的检测方法，其特征在于：所述步骤二，在观测的旋转坐标系的轴，注入低频脉振电压，幅值为步骤一学习得到的V
inj
，在静止两相坐标系内，通过傅里叶变换提取与注入低频电压同频的响应电流幅值I
αh,βh
；对输出电流进行采样，并对其进行Clark变换得到两相静止坐标系内的输出电流，Clark变换公式为：其中，i
α,...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪雷，董震，董清华，王品贺，郭晓宇，
申请(专利权)人：苏州溯驭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：