一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法技术

本发明专利技术提供了一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法，属于电机转子位置估算技术领域，包括：将高频脉振方波电压注入到永磁同步电机的估计d轴中；采样从永磁同步电机估计q轴输出的半个周期的电流信号；计算不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值；获取永磁同步电机的理想位置估计误差函数；根据电流的绝对值和理想位置估计误差函数，得到实际位置估计误差函数；利用电流的绝对值和实际位置估计误差函数，计算永磁同步电机低速转子的位置估计误差函数中的误差系数k2；将误差系数k2代入误差估计函数中，实现转子位置估计。该方法能够实现采样周期为高频脉振方波电压周期一半且采样时的采样点不为电流峰值时的转子位置估计。样时的采样点不为电流峰值时的转子位置估计。样时的采样点不为电流峰值时的转子位置估计。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法


[0001]本专利技术属于电机转子位置估算
，具体涉及一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法。

技术介绍

[0002]当前，PMSM主要采取磁场定向控制、直接转矩控制、最大转矩电流比等控制策略。利用这些方法可以实现高性能的电机驱动，而这些控制策略大多需要实时、精确的转子位置信息完成电流和转速闭环控制。机械位置传感器是获取位置信息的首选方案。然而，一旦机械位置传感器出现故障，将产生错误的转子位置，如果系统没有及时处理错误的位置反馈信号，轻者导致母线电流以及相电流异常，从而引起电机转矩脉动。严重时会造成逆变器过流，引发安全事故。因此，使用软件方法替代机械位置传感器得到转子位置可以提高伺服驱动系统的可靠性。
[0003]滑模观测器法是当前最常见的中高速位置估算方法，但当电机运行在低速域甚至零速时，由于反电势幅值较小甚至为零，传统的滑模观测器法会因为信噪比过低而失效。在低速时使用的位置观测方法是基于凸极信号追踪的高频注入法。然而，传统低速方法在动态性能、稳定性、观测精度和系统带宽方面的品质特性互相制约，需要综合考虑以上因素进一步优化，以提高方法的可用性。
[0004]传统高频脉振电压注入法采用基于带通滤波器与低通滤波器结合的策略,实现位置误差信号提取。但该策略的不足在于无法同时兼顾位置观测闭环的滤波精度与动态性能。为此，现有技术提出一种基于双频陷波器级联低通滤波器的改进型位置误差信号提取策略。该策略通过提高环路增益实现带宽扩展，使位置观测环同时具备高带宽与强滤波特性。高频脉振方波注入法将方波信号注入在估计的估计d轴中，具有注入频率高、信号分离简单的优点，并且扩大了电流环和转速环的带宽，但由于方波中包含谐波分量，一些非理想因素例如系统延迟、高频阻抗参数、滤波器等会作用于感应电流的谐波分量中。
[0005]现有技术改进了高频脉振正弦注入法的解调过程，采用直接解调算法和幅值归一化技术去除了低通滤波器并扩大了位置跟踪器的参数稳定域。
[0006]然而，由于差分解调法中电流传感器、IGBT和A/D转换器的响应时间以及算法的计算执行时间组成的系统延迟时间t
d
的存在，使得电流的采样点相对于理想采样点存在滞后，导致计算得到的实际误差系数不准确，从而直接影响位置估算系统的精度和稳定性。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法，包括：
[0010]将高频脉振方波电压注入到永磁同步电机的与转子磁场方向一致的估计d轴中，
采样永磁同步电机的与转子磁场方向垂直的估计q轴输出的半个周期的电流；
[0011]计算不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值；获取永磁同步电机的理想位置估计误差函数；及根据电流的绝对值和理想位置估计误差函数，得到实际位置估计误差函数；
[0012]利用电流的绝对值和实际位置估计误差函数，计算永磁同步电机低速转子的位置估计误差函数中的误差系数k2；
[0013]将误差系数k2代入永磁同步电机低速转子的实际位置估计误差函数中，估算永磁同步电机低速转子的位置，实现采样周期为高频脉振方波电压周期一半且采样点不为电流峰值时的转子位置估计。
[0014]进一步，所述计算不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值包括：
[0015]计算采样时的延迟时间相对于电流峰值相差0
‑
0.5t
s
、0.5t
s
‑
1t
s
、1
‑
1.5t
s
、1.5
‑
2t
s
时，所对应的电流的绝对值；
[0016]其中，t
s
为采样周期。
[0017]进一步，所述对应的电流的绝对值；包括：
[0018]将电流幅值设为1，令0
‑
0.5t
s
、0.5t
s
‑
1t
s
、1
‑
1.5t
s
、1.5
‑
2t
s
四个区间内所有三角形的底边为0.5t
s
，临边为1，根据相似三角形定理，得出采样时所对应的电流的绝对值为：
[0019][0020]式中，t
d
为采样的延迟时间。
[0021]进一步，所述根据电流的绝对值和理想位置估计误差函数，得到实际位置估计误差函数；包括：
[0022]根据不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值，得到0
‑
0.5ts、0.5ts
‑
1ts、1
‑
1.5ts、1.5
‑
2ts四个区间内实际位置估计误差的绝对值，实际位置估计误差的绝对值为：
[0023][0024]其中，Δθ为转子的实际位置θ与估计位置之间的位置误差，t
h
为方波周期，t
s
为采样周期，V
h
为方波幅值，n为正整数，ΔL＝(L
d
‑
L
q
)/2，L
d
、L
q
为估计d轴，估计q轴电感；
[0025]所述永磁同步电机的理想位置估计误差函数ε1为：
[0026][0027]式中，ε1为永磁同步电机的的理想位置估计误差函数；t
s
＝0.5t
h
；
[0028]根据实际位置估计误差的绝对值和永磁同步电机的理想位置估计误差函数ε1，得到实际位置估计误差函数ε2为：
[0029]ε2≈k2Δθ
[0030]其中，Δθ为转子的实际位置θ与估计位置之间的位置误差。
[0031]进一步，所述利用电流的绝对值和实际位置估计误差函数，计算永磁同步电机低速转子的位置估计误差函数中的误差系数k2，包括：
[0032][0033]式中，t
h
为方波周期，t
s
为采样周期，V
h
为方波幅值，n为正整数，ΔL＝(L
d
‑
L
q
)/2，L
d
、L
q
为估计d轴，估计q轴电感。
[0034]进一步，所述估算永磁同步电机低速转子的位置，包括：
[0035]将k2作为基准值对位置估计误差函数标幺后得到位置误差，将位置误差输入位置跟踪器中，利用位置跟踪器估算永磁同步电机低速转子的位置。
[0036]进一步，所述位置跟踪器为二阶锁相环。
[0037]进一步，所述获取永磁同步电机的理想位置估计误差函数；包括：
[0038]在永磁同步电机的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法，其特征在于，包括：将高频脉振方波电压注入到永磁同步电机的估计d轴中，所述估计d轴与永磁同步电机的转子磁场方向一致，采样永磁同步电机的与转子磁场方向垂直的估计q轴输出的半个周期的电流；计算不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值；获取永磁同步电机的理想位置估计误差函数；及根据电流的绝对值和理想位置估计误差函数，得到实际位置估计误差函数；利用电流的绝对值和实际位置估计误差函数，计算永磁同步电机低速转子的位置估计误差函数中的误差系数k2；将误差系数k2代入永磁同步电机低速转子的实际位置估计误差函数中，估算永磁同步电机低速转子的位置，实现采样周期为高频脉振方波电压周期一半且采样点不为电流峰值时的转子位置估计。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法，其特征在于，所述计算不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值包括：计算采样时的延迟时间相对于电流峰值相差0
‑
0.5t
s
、0.5t
s
‑
1t
s
、1
‑
1.5t
s
、1.5
‑
2t
s
时，所对应的电流的绝对值；其中，t
s
为采样周期。3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法，其特征在于，所述对应的电流的绝对值；包括：将电流幅值设为1，令0
‑
0.5t
s
、0.5t
s
‑
1t
s
、1
‑
1.5t
s
、1.5
‑
2t
s
四个区间内所有三角形的底边为0.5t
s
，临边为1，根据相似三角形定理，得出采样时所对应的电流的绝对值为：式中，t
d
为采样的延迟时间。4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机低速转子位置的估算方法，其特征在于，所述根据电流的绝对值和理想位置估计误差函数，得到实际位置估计误差函数；包括：根据不同的采样延迟时间所对应的电流的绝对值，得到0
‑
0.5ts、0.5ts
‑
1ts、1
‑
1.5ts、1.5
‑
2ts四个区间内实际位置估计误差的绝对值，实际位置估计误差的绝对值为：其中，Δθ为转子的实际位置θ与估计位置之间的位置误差，t
h
为方波周期，t
s
为采样周期，V
h
为方波幅值...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文真，许宇豪，张俊溪，卫军朝，乔晓亮，张一西，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：