本申请提供了一种无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法，该计法通过注入矢量电压、检测响应电流、判断扇区、注入高频信号、采集三相响应电流、计算扇区内转子角度和计算转子初始位置的最终估算值等步骤，精确地估计了永磁同步电机零低速时的转子位置，该方法省去了传统注入法中的低通滤波环节，利用脉振高频注入信号源和一个锁相环产生一个基信号，在此基信号的基础上，引入一个补偿因子合成了所需的解调信号，利用此解调信号对高频交轴响应电流进行了提取和分析，补偿因子的引入降低了零阶保持器和带通滤波器的相移对位置估计精度的影响，有效地避免了零阶保持器和带通滤波器的相移经过低通滤波器的二次变化。的相移经过低通滤波器的二次变化。的相移经过低通滤波器的二次变化。
【技术实现步骤摘要】
一种无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法
[0001]本申请涉及到磁同步电机控制的
，尤其涉及到一种无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法。
技术介绍
[0002]永磁同步电机由于具有较高的转矩密度、功率密度和高效率，因而在交通运输、工业自动化、人工智能和航空航天等领域得到广泛应用。永磁同步电机通常需要高精度的转子位置信息，这是采用矢量算法的高性能电机控制所需要的。如果转子位置检测不准确、滞后或超前，必然会降低电机控制的稳定性、平滑性、精确性和动态性，甚至引起电机无法正常起动，因此准确检测转子位置成为永磁同步电机控制的关键技术。
[0003]永磁同步电机运行过程中获取转子位置和速度信息有两类控制方法，分别为有传感器控制和无传感器控制。在有传感器控制中，机械式传感器的安装虽然能精确识别电机转子的运行参数，但是会增加电机的整体尺寸和制作成本，限制电机的运行环境，无法满足现代电机控制领域对电机提出的轻量化、高速化、高效化要求。
[0004]现如今永磁同步电机的无传感器技术主要分三类：第一类是基于电机数学模型的开环算法；第二类是适用于中高速的无位置传感器闭环算法；第三类是适用于低速的无位置传感器闭环算法。高频脉振电压注入法属于第三类无传感器控制方法，该方法是在永磁同步电机的估计旋转坐标系中，向估计的直轴注入高频正弦脉振信号，利用凸极特性产生高频响应电流，然后对高频电流解调来获得电机转子的真实转速和位置信息。传统的高频信号注入法中，信号处理过程多为利用高频正弦信号与响应电流信号相乘，再通过滤波环节滤除高频信号得到包含转子位置误差信息的直流信号分量。但是滤波环节会对高频信号的幅值和相位产生影响，最终影响转子位置辨识精度。
技术实现思路
[0005]本申请提供了一种无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法，用以提高转子位置辨识精度。
[0006]第一方面，提供了一种无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法，该无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法包括以下步骤：
[0007]构建三个坐标系，分别为两相静止坐标系α
‑
β、实际转子同步旋转坐标系d
‑
q以及估计转子同步旋转坐标系
[0008]向估计转子同步旋转坐标系注入高频正弦电压。
[0009]采集永磁同步电机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
。
[0010]将三相电流i
a
、i
b
、i
c
进行Clarke变换，得到两相静止坐标系α
‑
β下的两相定子电流i
α
、i
β
。
[0011]对两相电流i
α
、i
β
进行Park变换，得到估计转子同步旋转坐标系的估计直轴电流
以及估计交轴电流
[0012]滤除估计直轴电流以及估计交轴电流中的低频的基波电流和高频PWM高次谐波电流，得到由高频正弦电压在估计转子同步旋转坐标系下激发的交直轴电流
[0013]在高频估计交轴电流的幅值信号中含有转子误差Δθ的信息，将幅值信号单独提取出来作为PI控制器的输入，可得电机的估计转速积分后可得转子位置估计值其中，Δθ为估计转子同步旋转坐标系与实际转子同步旋转坐标系之间的误差。
[0014]本专利技术通过注入矢量电压、检测响应电流、判断扇区、注入高频信号、采集三相响应电流、计算扇区内转子角度和计算转子初始位置的最终估算值等步骤，精确地估计了永磁同步电机零低速时的转子位置，该方法省去了传统注入法中的低通滤波环节，利用脉振高频注入信号源和一个锁相环产生一个基信号，在此基信号的基础上，引入一个补偿因子合成了所需的解调信号，利用此解调信号对高频交轴响应电流进行了提取和分析，补偿因子的引入降低了零阶保持器和带通滤波器的相移对位置估计精度的影响，有效地避免了零阶保持器和带通滤波器的相移经过低通滤波器的二次变化。
[0015]在一个具体的可实施方案中，实际转子同步旋转坐标系下PMSM的电压方程为：
[0016][0017]式中：u
d
、u
q
和i
d
、i
q
分别为同步旋转坐标系下的电压和电流；L
d
、L
q
分别为永磁同步电机的直轴、交轴电感；p为微分算子；ω
e
为转子电角速度；ψ
f
为永磁体磁链。
[0018]当电机运行在零低速区域时，将PMSM的电压方程可以简化为：
[0019][0020]在一个具体的可实施方案中，向估计转子同步旋转坐标系注入的高频正弦电压为：
[0021][0022]其中，分别为向估计交轴和估计直轴注入的高频正弦电压，U
h
为注入电压的幅值，ω
h
为注入电压的频率。
[0023]在一个具体的可实施方案中，所述滤除估计直轴电流以及估计交轴电流中的低频的基波电流和高频PWM高次谐波电流，得到由高频正弦电压在估计转子同步旋转坐标系下激发的交直轴电流具体为：
[0024]通过一个带通滤波器滤除低频的基波电流和高频PWM高次谐波电流，得到由高频正弦电压在估计转子同步旋转坐标系下激发的交直轴电流正弦电压在估计转子同步旋转坐标系下激发的交直轴电流
[0025]在一个具体的可实施方案中，所述高频估计交轴电流具体为：
[0026][0027]式中，L
av
＝(L
q
+L
d
)/2，L
di
＝(L
d
‑
L
q
)/2；为高频估计交轴电流的相位偏移值。
[0028]在一个具体的可实施方案中，所述在高频估计交轴电流的幅值信号中含有转子误差Δθ的信息，将幅值信号单独提取出来作为PI控制器的输入，可得电机的估计转速积分后可得转子位置估计值其中，Δθ为估计转子同步旋转坐标系与实际转子同步旋转坐标系之间的误差，具体为：
[0029]所述高频估计交轴电流是频率为ω
h
的高频正弦波，所述高频估计交轴电流的幅值信号包含了所需要的转子位置误差信息；
[0030]通过解调信号去除高频估计交轴高频电流响应，以提取出位置误差函数，将所述高频估计交轴电流改写为：
[0031][0032]式中
[0033]在一个具体的可实施方案中，还包括：
[0034]引入一个补偿因子k(|k|>1)对解调信号进行补偿，令解调后的信号为g(Δθ)；其中，g(Δθ)为：
[0035][0036]令误差项为有效项为
[0037]对高频估计交轴电流进行补偿，补偿值为上一个周期计算得到的幅值A
k
‑1乘上k，由于趋近于0，g(Δθ)可改写为：
[0038][0039]第二本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法，其特征在于，包括以下步骤：构建三个坐标系，分别为两相静止坐标系α
‑
β、实际转子同步旋转坐标系d
‑
q以及估计转子同步旋转坐标系向估计转子同步旋转坐标系注入高频正弦电压；采集永磁同步电机的三相电流i
a
、i
b
、i
c
；将三相电流i
a
、i
b
、i
c
进行Clarke变换，得到两相静止坐标系α
‑
β下的两相定子电流i
α
、i
β
；对两相电流i
α
、i
β
进行Park变换，得到估计转子同步旋转坐标系的估计直轴电流以及估计交轴电流滤除估计直轴电流以及估计交轴电流中的低频的基波电流和高频PWM高次谐波电流，得到由高频正弦电压在估计转子同步旋转坐标系下激发的交直轴电流在高频估计交轴电流的幅值信号中含有转子误差Δθ的信息，将幅值信号单独提取出来作为PI控制器的输入，可得电机的估计转速积分后可得转子位置估计值其中，Δθ为估计转子同步旋转坐标系与实际转子同步旋转坐标系之间的误差。2.根据权利要求1所述的无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法，其特征在于，实际转子同步旋转坐标系下PMSM的电压方程为：式中：u
d
、u
q
和i
d
、i
q
分别为同步旋转坐标系下的电压和电流；L
d
、L
q
分别为永磁同步电机的直轴、交轴电感；p为微分算子；ω
e
为转子电角速度；ψ
f
为永磁体磁链；当电机运行在零低速区域时，将PMSM的电压方程可以简化为：3.根据权利要求2所述的无低通滤波的PMSM高频注入转子位置估计法，其特征在于，向估计转子同步旋转坐标系注入的高频正弦电压为：其中，分别为向估计交轴和估计直轴注入的高频正弦电压，U
h
为注入电压的幅值，ω
h
为注入电压的频率。4.根据权利要求3所述的无低通滤波的PMSM高...
【专利技术属性】
技术研发人员：张飞铁，彭程，
申请(专利权)人：湖南普西智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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