六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法技术

本发明专利技术涉及一种六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法，利用六相逆变器同时在六相电动机平面、三相电动机平面施加高频旋转电压，利用带通滤波器提取两个电动机平面上的高频电流响应；把两个电动机平面上的高频电流分别变换至正序空间和负序空间，并根据正负序空间分量计算两台电机转子初始位置角的初始值；基于磁路的浅饱和特征，在六相电动机平面、三相电动机平面施加解耦的电压矢量，对转子磁极进行判断，最终获得双永磁同步电动机的初始位置角观测值。该方法有利于提高双电机转子初始位置观测速度、观测精度及观测成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法


[0001]本专利技术属于电动机领域，具体涉及一种六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法

技术介绍

[0002]把六相永磁同步电动机电空间对称的两个绕组尾端并联后再与三相永磁同步电动机绕组首端串联，构成六相串联三相双永磁同步电动机；利用单台六相逆变器给该双永磁同步电动机供电，可以减少一个电动机的驱动器硬件，有利于降低双永磁同步电动机串联驱动系统的成本，提高驱动系统的集成度。
[0003]对于六相串联三相双永磁同步电动机驱动系统，若要实现两台电机的高性能旋转控制，首先要提前获得两台电机的转子初始为直角。可以采用绝对式转子位置编码器测量获得两台电机转子位置角初始值，但这样进一步提高了双永磁同步电动机串联驱动系统的硬件成本；同时由于编码器的弱电信号会受到电机绕组的强电信号的干扰，降低了系统运行的可靠性。
[0004]为了降低驱动器的硬件成本及提高驱动系统运行的可靠性，迫切需要解决两台电机转子位置角初始值的观测。但与单台逆变器供电单台永磁同步电动机驱动系统不同之处在于双永磁同步电动机串联驱动系统只采用一台逆变器供电，导致两台电机绕组电流相互流过对方绕组，产生两台电动机绕组回路上的直接连通，如何构建这种绕组回路相互连通的单台逆变器供电的绕组串联的双永磁同步电动机转子初始位置角观测是期待解决的科学问题，同时也是一个巨大的挑战。另外，单台逆变器供电单台永磁同步电动机驱动系统中电动机磁路工作时可能为严重饱和状态，但绕组串联的双永磁同步电动机磁路工作时一般为浅饱和状态，这就使得绕组串联的双永磁同步电动机转子初始位置角观测呈现独特的特征。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法，该方法有利于提高双电机转子初始位置观测速度、观测精度及观测成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法，利用六相逆变器同时在六相电动机平面、三相电动机平面施加高频旋转电压，利用带通滤波器提取两个电动机平面上的高频电流响应；把两个电动机平面上的高频电流分别变换至正序空间和负序空间，并根据正负序空间分量计算两台电机转子初始位置角的初始值；基于磁路的浅饱和特征，在六相电动机平面、三相电动机平面施加解耦的电压矢量，对转子磁极进行判断，最终获得双永磁同步电动机的初始位置角观测值。
[0007]进一步地，向系统内注入旋转高频电压信号；通过检测六相逆变器输出的六相电流i
A
～i
F
，并利用变换矩阵进行坐标变换，得到静止坐标系下六相电动机平面α轴方向和β轴
方向的电流响应i
α
、i
β
，以及三相电动机平面x轴方向和y轴方向的电流响应i
x
、i
y
；经带通滤波器BPF11～BPF14得到各自轴方向上包含正负序分量的高频电流响应i
αh
、i
βh
、i
xh
、i
yh
，其中i
αh
、i
βh
的负序分量中包含了六相永磁同步电机的转子位置角信息，i
xh
、i
yh
的负序分量中包含了三相永磁同步电机的转子位置角信息；将i
αh
、i
βh
通过指数形式下的三角函数运算，得到六相电动机平面正序空间下α轴方向和β轴方向的高频电流和负序空间下α轴方向和β轴方向的高频电流利用低通滤波器LPF21、LPF22滤除电流中的高频分量，得到六相电动机平面α轴方向和β轴方向上包含六相误差角信息的直流分量i
α+
、i
β+
；同样利用低通滤波器LPF11、LPF12滤除电流中的高频分量，得到六相电动机平面α轴方向和β轴方向上包含六相永磁同步电机转子位置角信息的直流分量i
α
‑
、i
β
‑
；同理，三相电动机平面x轴方向和y轴方向的高频电流响应i
xh
、i
yh
经过指数形式下的三角函数运算和低通滤波器，得到三相电动机平面x轴方向和y轴方向上包含三相误差角信息的直流分量i
x+
、i
y+
，以及包含三相永磁同步电机转子位置角信息的直流分量i
x
‑
、i
y
‑
；将直流分量i
α
‑
、i
β
‑
经过锁相环PLL11、将直流分量i
x
‑
、i
y
‑
经过锁相环PLL12，得到六相与三相永磁同步电机带有角度偏差的2倍估计角和将直流分量i
α+
、i
β+
经过锁相环PLL13、i
x+
、i
y+
经过锁相环PLL14，得到六相与三相误差角和将与求和后除以二得到六相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角将与求和后除以二得到三相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角
[0008]根据六相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角选择需要注入六相电动机平面的一组正反等幅等时的脉冲电压U
αβ+
与U
αβ
‑
并接入系统，然后对六相逆变器输出的六相电流进行采样，利用变换矩阵和估计角进行坐标变换，得到与六相永磁同步电机转子永磁体同轴正反两个方向的电流矢量；根据浅磁饱和原理并结合这两个电流矢量的幅值判断N极方向，判别出最终的六相永磁同步电机转子初始位置角完成六相永磁同步电机的转子极性判别后，根据三相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角选择需要注入三相电动机平面的一组正反等幅等时的脉冲电压U
xy+
与U
xy
‑
并接入系统，然后对六相逆变器输出的六相电流进行采样，利用变换矩阵和估计角进行坐标变换，得到与三相永磁同步电机转子永磁体同轴正反两个方向的电流矢量；根据浅磁饱和原理并结合这两个电流矢量的幅值判断N极方向，判别出最终的三相永磁同步电机转子初始位置角
[0009]进一步地，该方法具体包括以下步骤：
[0010](1)在静止坐标系下αβ，xy内注入角速度为ω
h
的旋转高频电压，其表达式为：
[0011][0012]其中，U
mh
为高频电压幅值；
[0013](2)采样六相逆变器输出的六相电流i
A
～i
F
，通过T6变换矩阵得到静止坐标系下六相电动机平面α轴方向和β轴方向的电流响应i
α
、i
β
，以及三相电动机平面x轴方向和y轴方向的电流响应i
x
、i
y
；
[0014][0015][0016]其中，i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法，其特征在于，利用六相逆变器同时在六相电动机平面、三相电动机平面施加高频旋转电压，利用带通滤波器提取两个电动机平面上的高频电流响应；把两个电动机平面上的高频电流分别变换至正序空间和负序空间，并根据正负序空间分量计算两台电机转子初始位置角的初始值；基于磁路的浅饱和特征，在六相电动机平面、三相电动机平面施加解耦的电压矢量，对转子磁极进行判断，最终获得双永磁同步电动机的初始位置角观测值。2.根据权利要求1所述的六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法，其特征在于，向系统内注入旋转高频电压信号；通过检测六相逆变器输出的六相电流i
A
～i
F
，并利用变换矩阵进行坐标变换，得到静止坐标系下六相电动机平面α轴方向和β轴方向的电流响应i
α
、i
β
，以及三相电动机平面x轴方向和y轴方向的电流响应i
x
、i
y
；经带通滤波器BPF11～BPF14得到各自轴方向上包含正负序分量的高频电流响应i
αh
、i
βh
、i
xh
、i
yh
，其中i
αh
、i
βh
的负序分量中包含了六相永磁同步电机的转子位置角信息，i
xh
、i
yh
的负序分量中包含了三相永磁同步电机的转子位置角信息；将i
αh
、i
βh
通过指数形式下的三角函数运算，得到六相电动机平面正序空间下α轴方向和β轴方向的高频电流和负序空间下α轴方向和β轴方向的高频电流利用低通滤波器LPF21、LPF22滤除电流中的高频分量，得到六相电动机平面α轴方向和β轴方向上包含六相误差角信息的直流分量i
α+
、i
β+
；同样利用低通滤波器LPF11、LPF12滤除电流中的高频分量，得到六相电动机平面α轴方向和β轴方向上包含六相永磁同步电机转子位置角信息的直流分量i
α
‑
、i
β
‑
；同理，三相电动机平面x轴方向和y轴方向的高频电流响应i
xh
、i
yh
经过指数形式下的三角函数运算和低通滤波器，得到三相电动机平面x轴方向和y轴方向上包含三相误差角信息的直流分量i
x+
、i
y+
，以及包含三相永磁同步电机转子位置角信息的直流分量i
x
‑
、i
y
‑
；将直流分量i
α
‑
、i
β
‑
经过锁相环PLL11、将直流分量i
x
‑
、i
y
‑
经过锁相环PLL12，得到六相与三相永磁同步电机带有角度偏差的2倍估计角和将直流分量i
α+
、i
β+
经过锁相环PLL13、i
x+
、i
y+
经过锁相环PLL14，得到六相与三相误差角和将与求和后除以二得到六相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角将与求和后除以二得到三相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角根据六相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角选择需要注入六相电动机平面的一组正反等幅等时的脉冲电压U
αβ+
与U
αβ
‑
并接入系统，然后对六相逆变器输出的六相电流进行采样，利用变换矩阵和估计角进行坐标变换，得到与六相永磁同步电机转子永磁体同轴正反两个方向的电流矢量；根据浅磁饱和原理并结合这两个电流矢量的幅值判断N极方向，判别出最终的六相永磁同步电机转子初始位置角完成六相永磁同步电机的转子极性判别后，根据三相永磁同步电机初步的转子初始位置估计角选择需要注入三相电动机平面的一组正反等幅等时的脉冲电压U
xy+
与U
xy
‑
并接入系统，然后对六相逆变器输出的六相电流进行采样，利用变换矩阵和估计角进行坐标变换，得到与三相永磁同步电机转子永磁体同轴正反两个方向的电
流矢量；根据浅磁饱和原理并结合这两个电流矢量的幅值判断N极方向，判别出最终的三相永磁同步电机转子初始位置角3.根据权利要求2所述的六相串联三相双永磁同步电机转子初始位置解耦观测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：(1)在静止坐标系下αβ，xy内注入角速度为ω
h
的旋转高频电压，其表达式为：其中，U
mh
为高频电压幅值；(2)采样六相逆变器输出的六相电流i
A
～i
F
，通过T6变换矩阵得到静止坐标系下六相电动机平面α轴方向和β轴方向的电流响应i
α
、i
β
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周扬忠，陈涛，钟天云，屈艾文，严海龙，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：