[发明专利]一种检测永磁同步电机转子初始位置的电流包络线法

说明书

一种检测永磁同步电机转子初始位置的电流包络线法，属于永磁同步电机控制领域。向永磁同步电机估算两相旋转坐标系注入脉振高频电压信号，控制估算坐标系以一低频频率旋转，提取交轴电流响应正包络线零值处所对应的低频旋转位置给定值获取转子初始位置的初次估算值，提取直轴电流响应正包络线最大值处所对应的低频旋转位置给定值来获取永磁体的正方向，经过位置补偿后获得电机转子初始位置。本发明能适用于表贴式永磁同步电机和内置式永磁同步电机，仅需注入一次电压信号，无需使用滤波器、积分器等环节且检测方法不依赖电机参数，实现简单快速。

技术领域

本发明涉及一种基于交直轴电流响应包络线的永磁同步电机转子初始位置检测方法，属于电机控制领域。

背景技术

永磁同步电机由于自身功率因素高、功率密度大和高效率等优点，被广泛使用。永磁同步电机通常采用矢量控制，精确的转子位置必不可少。机械位置传感器能实现转子位置的高精度检测，但通常价格高昂，易受环境条件限制，而且存在增加电机转子转动惯量、增大系统体积及系统可靠性降低等缺点，因此，无位置传感器控制算法应运而生。在无位置传感器控制算法中，零速和低速下的转子位置是难点，特别是表贴式永磁同步电机，其直轴和交轴电感近似相等，相对于内置式永磁同步电机检测难度更高。

针对永磁同步电机转子初始位置的检测问题，国内外进行了许多探讨。“基于高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究”(见《中国电机工程学报》，2007)通过向三相绕组注入高频电压信号导致电机电感参数变化，根据高频阻抗的大小和信号注入的位置之间的关系来获取转子初始位置，再向电机注入正反向的电压脉冲，通过检测电流响应来判断永磁体的正方向。“转子磁钢永磁同步电机转子初始位置检测”(见《中国电机工程学报》，2011)在估算坐标系中注入高频正弦电压信号，通过闭环调节获得电机转子初始位置，通过向直轴注入电压脉冲，检测电压脉冲产生的电流衰减为零所需时间多少来判断永磁体正方向。以上两种方法均需要向电机注入多次不同形式的电压信号，实现过程复杂耗时。CN103986395 A在利用高频电压注入法实现初次初始位置估算的基础上，通过提取d轴电流响应的高次谐波信号来进行d轴正方向的判断，虽然解决了多次注入电压信号的问题，但是信号的提取需要设计相应的滤波器和积分环节，计算复杂，对系统硬件要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于交直轴电流响应包络线的永磁同步电机转子初始位置检测方法，向永磁同步电机估算两相旋转坐标系注入脉振高频电压信号，控制估算坐标系低频旋转，提取交轴电流响应正包络线零值处所对应的低频旋转位置给定值获取转子初始位置的初次估算值，提取直轴电流响应正包络线最大值处所对应的低频旋转位置给定值来获取永磁体的正方向，经过位置补偿后获得电机转子初始位置。全程只需要注入一次电压信号，无需使用滤波器、积分器等环节且不依赖电机参数。

为了实现上述检测方法，本发明采用如图1所示的系统来实现，包括：检测控制器、电压源逆变桥、永磁同步电机、相电流传感器四个部分，检测控制器输出的PWM信号送到电压源逆变桥；电压源逆变桥交流侧与永磁同步电机的三相绕组连接；相电流传感器检测永磁同步电机的相绕组电流，其输出的信号送到检测控制器。

检测控制器包含派克逆变换模块、PWM模块、克拉克变换模块、派克变换模块、正包络线提取模块、磁极正方向判断模块、初始位置初值检测模块、位置补偿模块、误差补偿模块。派克逆变换模块的输入为注入的脉振高频电压信号和人为给定的低频旋转位置给定，输出至PWM模块；PWM模块输出的PWM信号到电压源逆变桥；克拉克变换模块的输入为相电流传感器输出的电流信号，输出到派克变换模块；派克变换模块的输入为克拉克变换模块的输出和人为给定的低频旋转位置给定，输出到正包络线提取模块；正包络线提取模块输出分别至磁极正方向判断模块和初始位置初值检测模块；磁极正方向判断模块和初始位置初值检测模块的输出共同给到位置补偿模块；位置补偿模块的输出至误差补偿模块。

派克逆变换模块实现估算两相旋转坐标系到两相静止坐标系的变换，其中，估算两相旋转坐标系的直轴与两相静止坐标系的α轴的夹角为低频旋转位置给定角度θ′，变换方程为