【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轨道交通牵引传动系统领域，特别涉及一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法。
技术介绍
1、相较于异步电机，永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，pmsm)体积小、功率密度高、过载能力强、调速范围宽，被广泛应用于轨道交通牵引传动系统等领域。
2、为了解决位置传感器应用于轨道交通牵引传动系统时造成的系统体积增大、成本增加、可靠性降低等问题，无位置传感器控制技术逐渐成为当下的研究热点。在低速范围通常采用高频电压注入法实现无位置传感器控制。高频脉振电压注入法转矩脉动小、动态性能快、转子位置辨识精度高，在无位置传感器控制领域得到了广泛应用。但因为初始角度误差的不同，高频脉振电压注入法估算角度误差可能最终收敛到或即可能收敛到转子磁链的同方向或者反方向，此时需要对转子极性进行判断。
3、现有技术中，通常通过在估算d轴注入多组脉冲电压，比较电流峰值，或利用高频饱和分量判断转子极性。申请号为cn202010578038.2(极性判断方法、判断装置和电机控制系统)的专利通过向转子位置初始判断方向及其反方向叠加等幅值、等脉宽的脉冲电压(一组正负脉冲)，通过比较注入时电流峰值的大小，完成对转子极性的判断，但是对注入的脉冲有较为严格的要求，需要选取合适的脉冲幅值脉宽，且实际应用中还存在需要注入两组正负脉冲信号才能完成极性判断的情况。申请号为cn201410191987.x(一种表贴式永磁同步电机转子初始位置检测方法)的专利通过利用高频饱和分量判断转子极性，但是
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，向估算d轴正负方向注入脉冲电流，通过提取高频脉振电压注入法高频响应电流的特定次谐波，利用该特定次谐波得到估算d轴电感，其次分别向估算d轴正负方向注入脉冲电流，并对注入脉冲电流时所得估算d轴电感积分。利用pmsm磁链饱和特性对d轴电感大小的影响，通过比较两个积分值间的大小关系，完成对转子极性的判断。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：
3、一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，
4、包括以下步骤：
5、步骤1：向估算两相同步旋转坐标系dq坐标系下的估算d轴注入高频脉振电压uh＝vinj cosωht，d轴电流环输出的电压指令中叠加高频脉振电压，q轴电流环输出的电压指令不叠加，将通过反park变换到两相静止坐标系αβ坐标系下的电压指令
6、步骤2：通过反clarke变换得到三相坐标系下的电压指令将经脉宽调制得到的三相电压脉冲输入到三相逆变器中，采样得到pmsm三相定子电流ia、ib、ic，通过clarke变换得到αβ坐标系下的定子电流iα、iβ；经坐标变换并利用高通滤波器(high pass filter，hpf)后得估算dq坐标系下的高频响应电流将经基于高频脉振电压注入法的转子位置观测算法后得到用于观测的信号，通过转子位置观测器得到估算转子位置初始值完成高频脉振电压注入法；
7、步骤3：将提取估算d轴电流中特定次谐波的幅值，将该幅值代入dq坐标系下的pmsm高频数学模型得估算d轴电感；
8、步骤4：向pmsm沿估算d轴所指正方向注入直流电流，对估算d轴电感进行一定时长的积分得估算d轴电感的积分值
9、步骤5：向pmsm沿估算d轴所指负方向注入一段直流电流，幅值与步骤4中注入的直流电流相同，重复步骤3获得估算d轴电感，并对其进行和步骤4相同时长的积分得估算d轴电感的积分值
10、步骤6：通过对比两者积分值间的大小关系完成转子极性为n级或者s级的判断；
11、若初始估算转子位置所指方向为d轴正方向，记为n极，则沿所指方向施加电流为增磁过程，沿所指方向施加电流为去磁过程，前者的d轴电感会小于后者，反之，若所指方向为d轴负方向，记为s极，则沿所指方向施加电流为去磁过程，沿所指方向施加电流为增磁过程，前者的d轴电感会大于后者，
12、优选的，所述步骤1中，注入高频脉振电压在αβ坐标系下的形式如式(1)，
13、
14、式(1)中，uα_hf、uβ_hf是αβ坐标系下的注入高频电压，vinj是注入高频电压幅值，ωh是注入高频电压角频率，是转子位置估算值。
15、优选的，所述步骤2中，
16、αβ坐标系下的pmsm数学模型如式所示，
17、
18、式(2)中，uα、uβ为αβ坐标系下的定子电压，iα、iβ为αβ坐标系下的定子电流，rs为定子电阻，ωr为转子电角频率，ψf为永磁体磁链，l0＝(ld+lq)/2为平均电感、l1＝(ld-lq)/2为半差电感，ld为d轴电感，lq为q轴电感，θr为实际转子位置，p为微分算子；
19、将式代入式，注入的电压为高频电压，在计算由注入高频脉振电压产生的高频响应电流时，相角与高频阻抗上的压降，电阻压降忽略；含有ωr的两项也忽略，得到αβ坐标系下的pmsm数学模型如式所示，
20、
21、将式代入式，得到高频响应电流如式所示；
22、
23、式中，iα_hf、iβ_hf是高频响应电流；
24、式的复矢量形式如式所示，
25、
26、式(5)中，ip＝vinjl0/[ωh(l02-l12)]、in＝-vinjl1/[ωh(l02-l12)]；
27、将iαβ变换至估算dq坐标系下再进行滤波，获得估算dq坐标系下的高频响应电流如式所示，
28、
29、式中，为估算转子位置误差；
30、式所示高频响应电流，经基于高频脉振电压注入法的转子位置观测算法后得到用于观测的信号，将该信号调节至或获得的初始估算转子位置为
31、优选的，所述步骤3中，dq坐标系下的pmsm数学模型如式所示，
32、
33、式中，ud、uq为dq坐标系下的定子电压，id、iq为dq坐标系下的定子电流；
34、忽略电阻压降及含有电机转子角频率ωr的项，得到dq坐标系下的pmsm高频数学模型如式所示，
35、
36、获得的表达式如式所示，
37、
38、式中，ωhw为特定次谐波的角频率，ωhw＝2π(2fpwm-fh)＝1620πrad/s。
39、优选的，所述步骤4中：向pmsm中沿估算d轴所指正方向注入的直流电流幅值取电机额定电流的20％。
40、优选的，所述步骤4中：对估算d轴电感进行的积分时长应设置在0.5s以内。
41、本专利技术的有益效果是：
42、本专利技术提出了一种简单可靠的基于高频脉振电压注入的永磁同步电机无位置传感器控制下转子极性判断方法，通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机无位置传感器控制的转子极性判断方法，其特征在于，
4....
【专利技术属性】
技术研发人员：周明磊，王琛琛，董士帆，陶明，王剑，郭希铮，郝瑞祥，游小杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。