[发明专利]一种永磁电机脉振注入法高频电流信号的提取方法

说明书

本发明涉及永磁电机调速技术，具体涉及一种永磁电机脉振注入法高频电流信号的提取方法，该方法基于传统的高频电流信号提取过程，采用纯延时环节替代带通滤波器，从而在准确提取高频电流的同时，防止高频电流信号出现相位滞后和幅值衰减。在此基础上，进一步改进纯延时环节的DSP程序实现方法，减少滤波处理的延时时间。仿真和测试结果表明，采用该方法可在转矩电流变化较大情况下，准确提取高频电流信号，且利于提高高频电流的信号处理速度。该方法可在转矩电流变化率较大的情况下，准确提取出用于转子角度辨识的高频电流，从而实现特定工况,如永磁电机大转矩启动下的无速度传感器控制。

技术领域

本发明属于永磁电机调速技术领域，尤其涉及一种永磁电机脉振注入法高频电流信号的提取方法。

背景技术

永磁同步电机功率因数和功率密度高、动态响应速度快、性能可靠，在电动汽车、舰船驱动、工业自动化等众多领域得到广泛的应用。永磁电机无速度传感器调速系统降低调速系统的成本、拓展应用范围、减少系统维护的工作量，且提高了系统的可靠性、适应性，为国内外学术和工程界高度重视。

永磁电机无速度传感器调速技术发展迅速，相关产品应用广泛。永磁电机无速度传感器调速技术可分为基于电机凸极特性的方法和基于电机基波模型的方法。前者适用于运行在低速区域的永磁电机，后者则适用于运行在中高速区域的永磁电机。高频信号注入法是一类常用的基于电机凸极特性的方法，按照注入信号的形式划分，有高频旋转电压信号注入法、高频脉振电压信号注入法。高频脉振电压信号注入法适用于表贴式和内置式永磁电机，且在高频电流信号处理阶段的滤波器数量较少，得到较多的应用。按照电压形式划分，高频脉振电压信号注入法又可以分成脉振正弦电压注入法和方波电压注入法。其中，脉振正弦电压注入法的幅值可以固定，也可以是时间t的函数。

幅值固定的高频脉振正弦电压注入法是应用较多的方法。该方法主要思想是假设估算dq坐标系(d_e-q_e坐标系)和真实dq坐标系(d-q坐标系)相差角度Δθ，则在d_e轴注入高频电压，提取其产生的高频电流，且通过锁相环(PLL)使d_e-q_e坐标系尽可能与d-q坐标系重合，进而估算出电机转子位置。两个坐标系的关系如图1所示。

图2则描述了高频电流产生和处理的过程。首先，高频脉振电压u_h叠加在d_e轴基波电压u_de中，基波电压u_de是调速系统的d_e轴电流环PI控制器的输出值。u_h的表达形式为，

u_h＝U_hcos(2πf_ht) (1)

其中，U_h和f_h分别是脉振正弦电压的幅值和频率。

在u_h、d轴基波电压u_d以及q轴基波电压u_q的作用下，电机的相电流产生变化。采样电机的三相电流并进行park变换，可以得到q_e轴电流i_q，

i_q＝i_q0+i_qh2+i_qc (2)

其中，i_q0是q_e轴基波电流，通过对i_q进行低通滤波而得，用于电流环的控制；i_qh2是u_h在q_e轴产生的高频电流，通过对i_q进行带通滤波而得，用于电机转子角度的辨识；i_qc是频率不低于载频的q_e轴电流分量。i_qh2的表达形式是，