[发明专利]一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法

说明书

本发明公开了一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，该方法在传统脉振高频电流注入法的基础上，引入了虚拟高速旋转的坐标系，并在此坐标系的直轴注入高频电流信号。然后通过对高频电压响应信号调制、滤波，得出电机转子的初次估计位置。最后对初次估计位置进行磁极补偿，得到最终的转子位置。相较于传统的高频信号注入法，省去了PI控制器，缩短了收敛时间，简化了磁极补偿过程。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种表贴式永磁同步电机零速和低速下的转子位置检测方法。

背景技术

内埋式永磁同步电机零速和低速下的无传感器位置检测方法主要基于电机的凸极效应，常见的有电感测量法、谐波成分分析法和旋转高频信号注入法。对于表贴式永磁同步电机，其凸极不明显，用于内埋式的永磁同步电机的无传感器位置检测方法不再适用。目前为止，表贴式永磁同步电机零速和低速的位置检测方法主要为脉振高频电压注入法和脉振高频电流注入法。

Ji Hoon Jang,Jung IkHa.Analysis of permanent magnet machine forsensorless control based on high frequency signal injection[J].IEEETransactions on Industry Applications,2004,40(6):1595－1604.提出使用脉振高频电压注入的方法实现对小凸极电机的转子位置的检测。其主要原理是在估计的同步旋转坐标系的直轴中注入高频正弦电压信号，经CLARK反变换到静止坐标系中为脉振电压信号。然后对交轴的高频电流信号进行低通滤波，通过基于跟踪观测器的转子位置估计方法或者基于PLL的转子位置估计方法，实现估计位置对实际位置的跟踪，进而得出转子的位置。

刘颖，周波，冯瑛，赵承亮.基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感器控制[J].电工技术学报，2012,7(27):139-145.提出了一种基于脉振高频电流注入的低速无位置传感器控制的新方法。其原理是在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电流，通过检测交轴电流环PI调节器的输出，获得含有转子位置估计误差的信号，并对此进行适当的信号处理得到估计转子位置角，从而实现无位置传感器控制。

脉振高频电压注入法和脉振高频电流注入法都是基于位置跟踪的方法，所以需要进行磁极判断，用以修正检测到的位置。对于磁极检测的方法一般基于凸极效应，通过二次注入正负的脉冲信号或者对电流进行积分的方法实现磁极的判断。对于表贴式永磁同步电机，其凸极率较小，对检测系统精度要求较高，检测难度较大。

综上，基于脉振高频电压注入的方法还是基于脉振高频电流注入的方法都是直接在电机的同步参考坐标系的直轴注入高频信号，然后检测它们对应的电压和电流响应。这种注入策略要求估计的同步参考坐标系实时跟踪实际的同步参考坐标系，即跟踪误差收敛到零。然而跟踪误差信号是周期的正弦信号，最终的误差收敛位置可能为零，也可能π。为了辨别最终的收敛角度，还需要二次注入等方法辅助实现转子磁极的判断，消除收敛角度的不确定性。。二次注入法大都基于直轴和交轴电感大小的差异对电压脉冲响应幅值和衰减时间的不同从而实现对转子磁极的判断。对于表贴式永磁同步电机，直轴和交轴电感相差很小，对电压脉冲的响应也几乎一样，检测难度比较大，一般适用于内埋式凸极电机。表贴式永磁同步电机在低速下尚缺少一种简单可靠的位置检测方法。

发明内容

对于表贴式永磁同步电机的无传感器位置检测，当前技术中脉振电压注入法和脉振电流注入法都是基于位置跟踪的方法，该方法收敛时间较长，同时磁极判断方法复杂。针对此问题，本发明提出一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，通过在虚拟高速旋转坐标系的直轴注入高频电流信号，通过对输出的电压信号进行检测，直接得到转子的初次估计位置。由于本发明的转子位置检测方法可以直接得出转子的绝对位置，故磁极补偿方法也较为简单，只需要通过补偿固定的磁极偏差。

本发明采用的技术方案如下：

一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，包含以下步骤：