一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法技术

本申请公开了一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法，涉及正弦型电励磁双凸极电机领域，该方法在利用高频电压注入法得到正弦型电励磁双凸极电机的转子初始位置的初次估计值的基础上，通过提取励磁电流中的高频分量进行直轴正方向判断，从而得到位置补偿值对初次估计值进行补偿，最终得到准确的转子初始位置估计值，该方法无需额外注入正负脉冲再比较电流响应的幅值，简化了位置检测的过程，缩短了检测时间，不依赖转子磁路饱和效应，且不会造成转子的微动，易于实现。易于实现。易于实现。

【技术实现步骤摘要】
一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法


[0001]本申请涉及正弦型电励磁双凸极电机领域，尤其是一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法。

技术介绍

[0002]作为一种新型同步电机，正弦型电励磁双凸极电机(SDSEM)具有结构简单可靠、励磁可调、适合高温高速场合等优点，在航空航天、风力发电以及电动汽车等领域具有广阔的应用前景。正弦型电励磁双凸极电机采用磁场定向控制，其控制过程需要获取转子位置信息，由于机械式位置传感器的使用会带来体积重量大、成本高的问题且受限于特殊场合的应用，因此无位置传感器控制技术得到了广泛的关注。
[0003]转子初始位置估计是实现电机无位置控制运行的基础，准确的转子初始位置有利于电机无位置控制系统的快速起动，否则甚至会导致电机起动失败。高频电压注入法是一种目前有效的适用于正弦波电机初始位置检测的方法。然而，应用高频信号注入法获取转子初始位置时，估计位置既可能收敛到实际位置，也可能收敛于和实际位置相差180
°
的位置，因此需要进行直轴正方向判断来对初次估计位置进行补偿。刘颖等公开的“转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测”(中国电机工程学报，2011年6月25日，第31卷，第18期，48
‑
54页)论文中提出了一种永磁同步电机转子初始位置检测方法，该方法在实现初次位置估计后将高频正弦信号切换为正负电压脉冲信号注入到估计直轴上，利用不同磁极下的直轴等效时间常数判断直轴正方向。该方法在直轴正方向判断的时候需要切换注入信号并等待电流衰减，需要花费较长的时间，且依赖于转子磁路饱和效应。王爽等公开的“一种永磁同步电机转子磁极极性判断方法”(中国，公开日：2019年4月16日，公开号：CN109639202A)专利中提出了一种永磁同步电机转子磁极极性判断方法，该方法在注入的高频信号上叠加两段方向相反的脉冲电压信号，通过比较每次注入后电流极大值与极小值之间的差值大小来确定磁极极性，这种方法虽然不需要中断注入信号，但是在叠加注入信号之后依然需要时间等待电流稳定，同时电压脉冲的幅值大小和持续时间若选择不当可能导致直轴正方向判断出错。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法，本申请的技术方案如下：
[0005]一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法，该初始位置检测方法包括：
[0006]利用高频电压注入法得到正弦型电励磁双凸极电机的转子初始位置的初次估计值
[0007]获取正弦型电励磁双凸极电机的励磁电流i
f
并提取励磁电流i
f
的高频分量i
fh
；
[0008]基于高频分量i
fh
确定位置补偿值θ
c
；
[0009]利用位置补偿值θ
c
对初次估计值进行补偿，得到正弦型电励磁双凸极电机的转子初始位置估计值
[0010]其进一步的技术方案为，基于高频分量i
fh
确定位置补偿值θ
c
，包括：
[0011]将高频分量i
fh
与正弦信号2sin(ω
h
t)相乘进行调制得到第一调制信号，第一调制信号包含直流分量h(d)和频率为2ω
h
的交流分量，ω
h
是利用高频电压注入法在估计转子同步旋转坐标系的轴注入的高频电压的角频率，t表示时间；
[0012]对第一调制信号进行低通滤波滤除频率为2ω
h
的交流分量，得到第一调制信号中的直流分量h(d)；
[0013]基于直流分量h(d)的正负取值得到位置补偿值θ
c
。
[0014]其进一步的技术方案为，基于直流分量h(d)的正负取值得到位置补偿值θ
c
并得到转子初始位置估计值的方法包括：
[0015]当h(d)>0时，确定估计转子同步旋转坐标系的轴正方向与实际转子同步旋转坐标系d
‑
q的d轴正方向反向，确定位置补偿值θ
c
＝πrad并确定转子初始位置估计值
[0016]当h(d)<0时，确定估计转子同步旋转坐标系的轴正方向与实际转子同步旋转坐标系d
‑
q的d轴正方向同向，确定位置补偿值θ
c
＝0并确定转子初始位置估计值
[0017]其进一步的技术方案为，将高频分量i
fh
与正弦信号2sin(ω
h
t)相乘进行调制得到的第一调制信号的表达式为：
[0018][0019]对第一调制信号进行低通滤波得到的直流分量h(d)的表达式为：
[0020][0021]其中，L
f
为正弦型电励磁双凸极电机的励磁绕组的电感，L
d
为正弦型电励磁双凸极电机的电枢绕组的直轴电感，M
sf
为电枢绕组与励磁绕组间的互感幅值，U
hm
是利用高频电压注入法在轴注入的高频电压的幅值，Δθ是转子初始位置实际值与转子初始位置估计值之间的差值。在利用高频电压注入法得到初次估计值时的Δθ＝0或Δθ＝πrad：当Δθ＝0时，cos(Δθ)>0，h(d)<0；当Δθ＝πrad时，cos(Δθ)<0，h(d)>0。
[0022]其进一步的技术方案为，得到高频分量i
fh
的表达式的包括：
[0023]基于正弦型电励磁双凸极电机在实际转子同步旋转坐标系d
‑
q下的电压方程为：
[0024][0025]得到仅考虑高频分量时的电机电压方程为：
[0026][0027]其中，u
d
为实际转子同步旋转坐标系d
‑
q下的d轴电压，u
q
为实际转子同步旋转坐标系d
‑
q下的q轴电压为u
q
，i
d
为实际转子同步旋转坐标系d
‑
q下的d轴电流，i
q
为实际转子同步旋转坐标系d
‑
q下的q轴电流；u
dh
为d轴电压高频分量，u
qh
为q轴电压高频分量，i
dh
为d轴电流高频分量，i
qh
为q轴电流高频分量，u
f
为励磁绕组的端电压，u
fh
为励磁绕组的端电压高频分量，i
f
为励磁电流，i
fh
为励磁电流高频分量；R
s
为正弦型电励磁双凸极电机的电枢绕组的等效电阻，R
f
为正弦型电励磁双凸极电机的励磁绕组的等效电阻，L
d
、L
q
、L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于正弦型电励磁双凸极电机的初始位置检测方法，其特征在于，所述初始位置检测方法包括：利用高频电压注入法得到正弦型电励磁双凸极电机的转子初始位置的初次估计值获取所述正弦型电励磁双凸极电机的励磁电流i
f
并提取所述励磁电流i
f
的高频分量i
fh
；基于所述高频分量i
fh
确定位置补偿值θ
c
；利用所述位置补偿值θ
c
对所述初次估计值进行补偿，得到所述正弦型电励磁双凸极电机的转子初始位置估计值2.根据权利要求1所述的初始位置检测方法，其特征在于，所述基于所述高频分量i
fh
确定位置补偿值θ
c
，包括：将所述高频分量i
fh
与正弦信号2sin(ω
h
t)相乘进行调制得到第一调制信号，所述第一调制信号包含直流分量h(d)和频率为2ω
h
的交流分量，ω
h
是利用高频电压注入法在估计转子同步旋转坐标系的轴注入的高频电压的角频率，t表示时间；对所述第一调制信号进行低通滤波滤除频率为2ω
h
的交流分量，得到所述第一调制信号中的直流分量h(d)；基于所述直流分量h(d)的正负取值得到所述位置补偿值θ
c
。3.根据权利要求2所述的初始位置检测方法，其特征在于，基于所述直流分量h(d)的正负取值得到所述位置补偿值θ
c
并得到转子初始位置估计值的方法包括：当h(d)>0时，确定估计转子同步旋转坐标系的轴正方向与实际转子同步旋转坐标系d
‑
q的d轴正方向反向，确定所述位置补偿值θ
c
＝πrad并确定所述转子初始位置估计值当h(d)<0时，确定估计转子同步旋转坐标系的轴正方向与实际转子同步旋转坐标系d
‑
q的d轴正方向同向，确定所述位置补偿值θ
c
＝0并确定所述转子初始位置估计值4.根据权利要求2所述的初始位置检测方法，其特征在于，将所述高频分量i
fh
与正弦信号2sin(ω
h
t)相乘进行调制得到的第一调制信号的表达式为：对所述第一调制信号进行低通滤波得到的直流分量h(d)的表达式为：其中，L
f
为所述正弦型电励磁双凸极电机的励磁绕组的电感，L
d
为所述正弦型电励磁双凸极电机的电枢绕组的直轴电感，M
sf
为所述电枢绕组与所述励磁绕组间的互感幅值，U
hm
是利用高频电压注入法在轴注入的高频电压的幅值，Δθ是转子初始位置实际值与转子初始位置估计值之间的差值；利用高频电压注入法得到初次估计值时Δθ＝0或Δθ＝πrad：当
Δθ＝0时，cos(Δθ)>0，h(d)<0；当Δθ＝πrad时，cos(Δθ)<0，h(d)>0。5.根据权利要求4所述的初始位置检测方法，其特征在于，得到高频分量i
fh
的表达式的包括：基于所述正弦型电励磁双凸极电机在实际...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄玉蓉，周波，于晓东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：