[发明专利]基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法

说明书

一种基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法，属于永磁电机无位置传感器控制领域。本发明针对现有电机运行的低速和零速区间，采用注入高频电压信号的方法来获取转子位置，会产生电磁干扰，并产生较大噪声的问题。它以随机的方式获得向电机注入的高频电压方波序列，该序列中对电压信号的相位与频率进行随机选择后进行组合获得；将所述序列注入到电机内部并提取响应电流后，通过高频随机解调信号对响应电流进行信号处理与提取，得到包含位置信息的高频随机响应电流包络信号，最终对包络信号进行处理即可得到位置与转速信息。本发明方法获得的高频响应电流的频谱分布范围较宽，实现了对噪声的抑制。

技术领域

本发明涉及基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法，属于永磁电机无位置传感器控制领域。

背景技术

精确的转子位置信息以及转速信息是实现永磁同步电机高性能矢量控制的关键。在传统的永磁电机矢量控制系统中，通常利用编码器等机械位置传感器测量转子位置和转速信息进行反馈和计算。然而位置传感器的存在不但使系统成本增加，使系统组成结构变得更加繁杂，还使系统运行的可靠性大大的削减。同时，一些高精度位置传感器设备的使用易受大气气温、水分含量等环境因素的影响，这严重制约了驱动装置在某些极端场合的应用。因此，通过控制算法实现转子位置信息提取的无传感器技术成为电机驱动领域的研究重心，并具有广泛的工业应用前景。

目前，无传感器控制技术在电机运行的高速区间发展的比较成熟，其获取的转子位置信息准确性能够满足一般实际应用场合的需求。而在电机运行的低速和零速区间，基于辅助信号注入来估计转子位置成为主流方案。现有的基于辅助信号注入的方法是向电机内部注入高频电压信号，这种方式在电机转子上存在的高频电流分量会产生较大的噪声；同时由于注入电压信号的频率较高，对周围电子设施会产生电磁干扰，在某些情况下甚至会导致设备发生严重故障，无法正常工作。因此高频噪声成了限制无传感器技术在变频器中应用的重要原因之一。

针对以上不足，为了扩展基于辅助信号注入的无位置传感器控制技术的应用领域，需要对现有的高频电压信号注入法进行改进，以在保证转子位置精度的前提下最大限度的抑制噪声，并具有良好的动态性能。

发明内容

针对现有电机运行的低速和零速区间，采用注入高频电压信号的方法来获取转子位置，会产生电磁干扰，并产生较大噪声的问题，本发明提供一种基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法。

本发明的一种基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法，它包括以下步骤：

步骤一：选择高频电压方波信号的相位和频率并进行随机组合，形成混合随机高频电压方波的注入序列；

步骤二：在永磁电机运行的低速区间将所述注入序列注入电机内部，并提取高频响应电流；

步骤三：利用高频随机解调信号从所述高频响应电流中提取包含转子位置信息的高频响应电流包络线；所述高频随机解调信号基于所述注入序列的特征对应生成；

步骤四：利用观测器由高频响应电流包络线中提取转子位置信号；再对转子位置信号求取微分得到转速信号；将所述转子位置信号与转速信号作为反馈信号，进行永磁电机无位置传感器的闭环控制。

根据本发明的基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法，所述混合随机高频电压方波的注入序列通过随机信号发生器的随机选择生成。

根据本发明的基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法，步骤一中，所述注入序列的相位包括0°，90°，180°和270°。

根据本发明的基于混合随机信号注入的永磁电机无位置传感器控制方法，步骤一中，所述注入序列的频率范围为ω_i至2ω_i，其中ω_i为注入序列向电机内部的注入频率。