永磁同步电机的转子位置和转速估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机位置估计方法及系统，所述方法包括以下步骤：先根据当前的转子估计位置确定永磁同步电机的估计旋转坐标系；然后在永磁同步电机的估计旋转坐标系下的d轴注入脉振高频电压信号；再采集永磁同步电机输出的电流信号，提取其中的有用信号并进行信号处理得到包含位置估计误差的信号f(Δθ)；其中信号处理包括带通滤波器和PR控制器处理；最后先根据f(Δθ)对当前的和进行调节，得到新的和再返回先前步骤进行闭环控制，直至f(Δθ)＝0，此时等于转子实际位置θ，等于实际转速ω。本发明专利技术可以在无位置传感器的情况下实现永磁同步电机的转子位置和转速估计，且估计精度高。且估计精度高。且估计精度高。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机的转子位置和转速估计方法及系统


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机的转子位置和转速估计方法及系统。

技术介绍

[0002]永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有结构简单，占用空间小，功率密度高以及效率高的特点，所以在一些高精度和高动态性能要求的场合得到广泛应用，如汽车行业的电动汽车、建筑行业的起重机和升降机以及石油行业的抽油机。与异步电机相比较具有功率因数高，转子参数可测，控制性能优越等特点。永磁同步电机的高性能控制,需要获取准确的转子位置信息，但是由于其成本较高，因此为了降低成本，通过无位置传感器的位置估计算法逐渐成为了众多学者研究的热门方向。通过无位置传感器的估计算法估计永磁同步电机的转子位置信息和转速信息，可以有效解决使用传统的机械式传感器带来的安装复杂、易受外界干扰、成本高、应用环境受限等问题。
[0003]永磁同步电机的无位置传感器的转速和转子位置估计算法，根据适用转速域的不同大致可以分为两类：第一类为基于反电动势的模型法；第二类为基于电机凸极特性的高频信号注入法。根据永磁同步电机数学模型，可知反电动势与电角速度有关，因此只有在中高速时，反电动势才较为明显，有利于观测和提取，因此在中高速域下常采用反电动势的模型法。然而当转速处于低速域时，反电动势很小，无法进行准确观测，因此第一类方法在低速域时应用时转子位置观测误差很大。高频信号注入法能够很好的解决在低速域的转子位置估算问题，如旋转高频电压注入法和脉振高频信号注入法。前者适用于凸极性较强的内置式永磁同步电机(Inner
‑
mountedPermanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM)，后者对凸极性要求不严格，可以适用于表贴式永磁同步电机(Surface
‑
mountedPermanentMagnet Synchronous Motor，SPMSM)。脉振高频注入法通过在同步旋转坐标系的直轴(d轴)中注入高频正弦电压信号，注入的信号会在静止坐标系中形成一个高频的脉振电压信号，通过带通滤波器和低通滤波电器对交轴(q轴)高频电流信号进行处理后，可以提取出其中与转子位置有关的信息，以此方式来获得电机转速和转子位置信息。其中低通滤波器的使用会存在的估计信号相位延迟、直流偏移误差较大和估计信号中产生的谐波分量较多等问题，会降低观测精度，影响电机动态性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种永磁同步电机的转子位置和转速估计方法及系统，可以在无位置传感器的情况下实现永磁同步电机的转子位置和转速估计，且估计精度高。
[0005]本专利技术所提供的技术方案为：
[0006]一方面，提供一种永磁同步电机位置估计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、初始化永磁同步电机的转子估计位置和估计转速
[0008]步骤2：根据当前的转子估计位置确定永磁同步电机的估计旋转坐标系，所述永磁同步电机的估计旋转坐标系的d轴与永磁同步电机转子初始位置角度为
[0009]步骤3：在永磁同步电机的估计旋转坐标系下的d轴注入脉振高频电压信号；
[0010]步骤4、采集永磁同步电机输出的电流信号，并对其进行坐标变换；
[0011]步骤5、对坐标变换后的信号进行信号处理得到包含位置估计误差的信号f(Δθ)；所述信号处理包括带通滤波器和PR(Proportional Resonant，比例谐振)控制器处理；
[0012]步骤6、先根据包含位置估计误差的信号f(Δθ)对当前的转子估计位置和估计转速进行调节，得到新的转子估计位置和估计转速再返回步骤2由此实现闭环控制，直至包含位置估计误差的信号f(Δθ)＝0，此时转子估计位置等于转子实际位置θ，估计转速等于实际转速ω。
[0013]进一步地，所述步骤3包括以下步骤：
[0014]将需要注入永磁同步电机估计旋转坐标系下d轴的脉振高频电压信号v
′
dh
＝V
h cos(ω
h
t)及v
′
qh
＝0进行反Park变换得到静止坐标系下的和v
′
β
，其中V
h
为脉振高频电压幅值，ω
h
为脉振高频电压角频率；
[0015]再将和v
′
β
通入SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)后输出开关信号对三相逆变器进行调节和控制，使三相逆变器输出三相电压v
′
a
、v
′
b
、v
′
c
到永磁同步电机中。
[0016]进一步地，所述步骤4包括以下步骤：
[0017]采集永磁同步电机输出的三相电流i
′
a
、i
′
b
、i
′
c
，对其进行Clark变换得到i
′
α
、i
′
β
，再对i
′
α
、i
′
β
进行Park变换得到估计旋转坐标系下的d、q电流i
′
d
、i
′
q
。
[0018]进一步地，所述步骤5包括以下步骤：
[0019]先将i
′
q
通入带通滤波器得到i
′
qh
，再将其与信号sin(ω
h
t)相乘得到估计旋转坐标系下的q轴高频电流i
′
qh
‑
in
；然后将i
′
qh
‑
in
输入PR控制器；最后将PR控制器的输入与输出相减，得到包含位置估计误差的信号f(Δθ)；其中PR控制器的谐振频率设置为与i
′
qh
‑
in
信号中需要滤除的信号频率一致。
[0020]可选地，所述永磁同步电机为SPMSM；相应地，所述其中，其中ΔL＝L
q
‑
L
d
，L
d
和L
q
分别为SPMSM在旋转坐标系下的d、q轴电感，V
h
为脉振高频电压幅值，ω
h
为脉振高频电压角频率；
[0021]PR控制器的谐振频率设置为与i
′
qh
‑
in
信号中需要滤除的信号频率一致，即将PR控制器的谐振频率设置为2ω
h
。
[0022]进一步地，对于SPMSM，所述步骤6的
[0023]进一步地，所述步骤6中，根据包含位置估计误差的信号f(Δθ)得到新的转子估计位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、初始化永磁同步电机的转子估计位置和估计转速步骤2：根据当前的确定永磁同步电机的估计旋转坐标系，所述永磁同步电机的估计旋转坐标系的d轴与永磁同步电机转子初始位置角度为步骤3：在永磁同步电机的估计旋转坐标系下的d轴注入脉振高频电压信号；步骤4、采集永磁同步电机输出的电流信号，并对其进行坐标变换；步骤5、对坐标变换后的信号进行信号处理得到包含位置估计误差的信号f(Δθ)；所述信号处理包括带通滤波器和PR控制器处理；步骤6、先根据f(Δθ)对当前的和进行调节，得到新的和估计转速再返回步骤2由此实现闭环控制，直至f(Δθ)＝0，此时等于转子实际位置θ，等于实际转速ω。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置估计方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：将需要注入永磁同步电机估计旋转坐标系下d轴的脉振高频电压信号v
′
dh
＝V
h cos(ω
h
t)及v
′
qh
＝0进行反Park变换得到静止坐标系下的和v
′
β
，其中V
h
为脉振高频电压幅值，ω
h
为脉振高频电压角频率；再将和v
′
β
通入SVPWM后输出开关信号对三相逆变器进行调节和控制，使三相逆变器输出三相电压v
′
a
、v
′
b
、v
′
c
到永磁同步电机中。3.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置估计方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：采集永磁同步电机输出的三相电流i
′
a
、i
′
b
、i
′
c
，对其进行Clark变换得到i
′
α
、i
′
β
，再对i
′
α
、i
′
β
进行Park变换得到估计旋转坐标系下的d、q电流i
′
d
、i
′
q
。4.根据权利要求3所述的永磁同步电机位置估计方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：先将i
′
q
通入带通滤波器得到估计旋转坐标系下的q轴高频电流i
′
qh
，再将其与信号sin(ω
h
t)相乘得到i
′
qh
‑
in
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭思齐，彭鸿羽，郭旦，李伟俊，李辉，陈思溢，
申请(专利权)人：佛山湘潭大学绿色智造研究院，
类型：发明
国别省市：