[发明专利]基于脉振高频注入的永磁同步电机无传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种脉振高频注入的永磁同步电机无传感控制方法，属于电机控制领域。步骤包括：高频信号发生器产生高频电压信号，并注入到估计的d轴坐标系中；电流传感器采样得到定子绕组电流i_a、i_b和i_c，变换到与估计位置同步旋转的坐标系中得到d‑q轴电流i_d和i_q；根据得到的i_q，利用滑动平均滤波器提取位置误差信息，计算出转子位置估计值；根据得到的i_d，利用滑动平均滤波器计算电流幅值，判断转子磁极极性。该方法可以实现零速及低速时的位置辨识，信号处理过程省掉了带通滤波器和低通滤波器，提高了系统的稳定性和动静态性能；滑动平均滤波器易于数字实现，且仅仅需要完成窗口长度设计，因而简化了信号处理过程。

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

永磁同步电机具有功率密度大、效率高和噪声低等优点，在电动汽车、风电和伺服领域得到广泛应用。电机驱动系统控制方式主要有矢量控制和直接转矩控制，但两者都需要准确获得转子的位置信息。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。

目前，永磁同步电机无位置传感器运行方法主要分为基于电机反电势的方法和基于电机凸极性的方法。在中高速范围，通常采用基于电机反电势的方法，但是反电势与转速成正比，在低速和零速场合下无法适用。在零速和低速状况下，基于电机凸极性的信号激励方法能够较好地检测位置信息，主要包含脉振高频注入法和旋转高频注入法。相比旋转高频注入法，脉振高频注入法属于幅值解调方法，受延时影响小，位置估计精度高。但是脉振高频注入法在信号解调过程中，采用带通滤波器和低通滤波器提取转子位置信息。滤波器的使用增加了系统复杂性，同时限制了系统带宽，降低了稳定性和动态性。

中国发明专利CN 107046384 A于2017年8月15日公布的《一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法》，在虚拟高速旋转的坐标系的直轴注入高频电流信号，然后对高频电压响应进行调制、滤波，但是高频电流的调节器对带宽有较高的要求，设计较为困难。2017年电工技术学报“基于广义二阶积分器的表贴式永磁同步电机低速转子位置检测方法”，提出一种基于广义二阶积分器的新型转子位置观测器，采用前级广义二阶积分器实现高频信号提取，后级用于误差幅值提取。但是该方案增加了两个内环和两个实时调整的参数，会影响系统稳定性。2017年IEEE文献“PMSM Sensorless Control by Injecting HF PulsatingCarrier Signal Into ABC Frame”(“基于高频脉振信号注入法到ABC坐标系的永磁同步电机无位置传感器控制”——2017年IEEE电力电子期刊)，提出向电机ABC三相坐标系注入高频脉振信号，该方法可以直接计算出转子位置，但是仍然需要低通滤波器，而且引入了多个参数需要设计，增加了信号处理的复杂度。

现有的脉振高频注入法估计转子位置具有以下缺点：

1)采用带通滤波器和低通滤波器会限制系统带宽，影响稳定性和动态性能；

2)信号处理过程复杂，需要对多个参数进行设计。

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和信号处理过程复杂的问题，提供了一种基于脉振高频注入的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。本发明提供了一种基于脉振高频注入的永磁同步电机无传感器控制方法，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，包括以下步骤：