[发明专利]永磁同步电机无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，属于电机控制领域。本方法通过脉振高频电压信号注入，从高频电流响应中估计出电机转子的位置与转速。其步骤包括：产生高频电压信号v_h并注入到估计的轴系中，生成信号调制数组A_m；电流传感器采样定子绕组电流，进行坐标变换并提取高频分量和将与信号调制数组A_m相乘得到目标值P_v1，获取磁极位置估计值及转速估计值将与信号调制数组A_m相乘得到目标值P_v2，判断磁极极性，对补偿后输出转子位置估计值该方法可以实现零速及低速时的位置辨识，辨识过程无需使用滤波器，提高了系统稳定性和辨识精度，改善了动态性能；根据电机功率选取饱和工作点，提高极性判断的可靠性；算法复杂度低，易于数字实现。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机无位置传感器控制算法，属于电机控制领域。

背景技术

永磁同步电机在电动汽车、风电和伺服领域得到广泛应用，这是由于其具有功率密度大、效率高和运行性能优良等优点。要实现电驱动系统高性能的矢量控制，必须准确获得电机转子的位置信息。采用光电编码器或旋转变压器可以检测位置，但是机械传感器增大了系统成本和故障风险，因此无位置传感器算法的研究具有重要意义。

永磁同步电机转子位置辨识算法主要分为两类，一是利用电机反电势，二是利用电机凸极性或饱和凸极性。电压模型法、模型参考自适应、滑模控制和扩展卡尔莫滤波器等属于利用电机反电势的方法，但这类方法受电机参数影响，并且不适用于零速或低速辨识。信号注入法利用了电机凸极性或饱和凸极性，可以实现零度和低速位置辨识，并且不受电机参数的影响，易于工程实现。

2003年IEEE文献“Sensorless Drive of Surface Mounted Permanent MagnetMotor by High-Frequency Signal Injection Based on Magnetic saliency”(“基于磁饱和高频信号注入的表贴式永磁电机无位置传感器运行”——2003年IEEE工业应用期刊)，提出向电机估计的d轴注入高频电压信号，提取q轴高频电流，并与一个同频率的正弦调制信号相乘，经过低通滤波器得到位置误差信号，再通过梆梆控制器输出转子位置。该方法比旋转高频注入法实施简单，辨识精度高，但梆梆控制器增大了估计值的脉动。中国发明专利CN 102843091 A于2012年12月26日公布的《一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法》，向估计的d轴注入脉振高频信号，利用PI控制器调节误差信号得到初次估计值，再注入一个正方向扰动信号判断磁极极性。中国发明专利CN 103986395，在脉振高频注入法实现初次位置估计的基础上，从电流响应中提取二倍频进行极性判断。然而，现有的脉振高频注入法估计转子位置具有以下缺点：

1)将高频正弦信号作为调制信号，再使用低通滤波器提取直流量，然而滤波器的阶次、系数以及截止频率会影响位置观测系统的稳定性和动态性，降低辨识精度；

2)高频饱和分量判断极性的方法信噪比低，可能导致误判；采用电压脉冲注入法判断极性，需要额外注入信号；

3)算法较为复杂，不易于工程实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题为针对永磁同步电机零速及低速位置辨识中，存在的动静态性能差、可靠性低和算法复杂的问题，提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，将脉振高频电压信号注入到电机中，采样定子绕组电流，从高频电流响应中估计出电机转子的位置与转速。

本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种永磁同步电机无位置传感器控制方法，包括以下步骤：

步骤1，信号发生器产生高频电压信号v_h，并注入到估计的轴系中，v_h如下式所示：