[发明专利]一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法

说明书

本发明公开了一种基于直接解耦方式的三级同步电机转子位置估计方法，三级式同步电机的主励磁机采用频率恒定的单相交流电励磁，经旋转整流器产生的二次谐波作为向主发电机励磁绕组间接注入的高频信号，利用二阶广义积分器从主发电机起动控制的电流环输出中提取高频响应信号及其正交信号，结合主励磁机定子侧提取的高频正余弦信号，通过解析运算生成与高频响应信号同步的解耦信号，结合外差法解调，估计出三级式同步电机的转子位置角；本发明提供的转子位置估计方法可准确生成与高频响应信号同步的解耦信号，且计算量小，易于实施，可以有效减少电机控制算法的复杂程度，获得的位置估计角精度较高。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，主要涉及一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法。

背景技术

三级式无刷交流同步电机，其设计和制造技术成熟，且具备一定的起动能力，是最适合实现变频交流起动发电一体化的电机。三级式同步电机起动发电一体化系统依赖准确的转子位置信息来实现起动功能。但在恶劣的航空环境下，位置传感器的精度和可靠性受到影响，并且位置传感器的安装过程中存在零位偏差。不准确的转子位置使三级式同步电机的起动性能下降，甚至有可能导致起动失败。因此，近年来，三级式同步电机的无位置传感器起动控制技术得到了研究和发展。

现阶段，三级式同步电机的无位置传感器起动控制技术多借鉴永磁同步电机和电励磁同步电机的无位置传感器技术。通常，零低速阶段的同步电机位置估计方法为高频信号注入法，向电机定子侧注入高频信号，提取其高频响应信号并与同频同相的同步解耦信号相乘进行幅值调制，直接解耦计算得到转子位置估计值。然而，从三级式同步电机主发电机定子侧注入高频信号会影响电机的起动转矩。

现有文献中，杨袁钰，魏佳丹，周波，等.主励磁机高频信号注入的无刷励磁同步电机低速阶段无位置传感器起动控制[J].中国电机工程学报,2018,03(v.38；No.590):259-267。Wei J,Xu H,Zhou B,et al.An Integrated Method for Three-Phase ACExcitation and High-Frequency Voltage Signal Injection for SensorlessStarting of Aircraft Starter/Generator[J].IEEE Transactions on IndustrialElectronics,2019,66(7):5611-5622.和Wei J,Lu H,Xue H,et al.The Rotor PositionEstimation Error Improved Method for Sensorless Starting Control of BrushlessSynchronous Machine[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2020,35(8):8384-8395.以及专利文献CN109150028B和CN106059430B提出了三级式同步电机转子侧间接注入高频信号的方法，但是间接注入产生的高频响应信号相位未知，所以文献中提出了非同步解调的间接解耦方法，但是此类方法解耦过程复杂，无法直接应用已有的研究充分的同步电机无位置传感器技术。因此，有必要研究三级式同步电机直接解耦的位置信号估计方法。

发明内容

发明目的：针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，本发明提供的方法仅在静止阶段计算出同步相位信号的相位信息，计算量小，易于实施，减少电机控制算法的复杂程度。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，包括以下步骤：

步骤S1、获取三级式同步电机的主励磁机采用的励磁电流i_f；