[发明专利]一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法

权利要求书

1.一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、三级式同步电机的主励磁机励磁绕组施加频率恒定的单相交流电压，旋转整流器在主发电机励磁绕组中产生的二次谐波为间接注入的高频电压信号；获取主发电机定子侧响应的高频电压信号u_qh和u_dh；

步骤S2、使用集成化双重二阶广义积分器提取含转子位置估计误差的高频响应电压信号u_qh和u_dh，并生成高频响应电压信号的正交信号qu_qh和qu_dh；

步骤S3、对步骤S2中提取的高频电压信号及正交信号进行解调，获取包含转子位置估计误差的低频信号：

u_l＝u_dh·u_qh+qu_dh·qu_qh

将所述低频信号u_l经过PI调节器和积分器，计算出转子位置角估计值θ；

步骤S4、根据主发电机定子绕组中产生的感应电流极性，判断实际初始位置角所在扇区，并对估计出的初始位置进行调整，最终获取估计转子位置角。

2.根据权利要求1所述的一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，其特征在于，步骤S1中所述二次谐波如下：

其中ω_f为主励磁机的励磁角频率，U_fh为二次谐波电压的幅值，为相位；主发电机定子侧响应的高频电压信号在两相估计的同步旋转坐标系中表示如下：

其中u_h为高频响应信号的幅值，为对应的相位，Δθ为转子位置估计误差。

3.根据权利要求1所述的一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，其特征在于，所述步骤S2中

提取步骤S1中所述主发电机定子侧响应的高频电压信号如下：

生成如下正交信号：

其中，u_h为高频响应信号的幅值，为对应的相位，ω_f为主励磁机的励磁角频率，Δθ转子位置估计误差。

4.根据权利要求3所述的一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，其特征在于，对步骤S2中提取的高频电压信号及正交信号进行解调，具体如下：

步骤S3.1、将提取的高频电压信号及正交信号分别相乘如下：

步骤S3.2、将上述乘积项相加获得包含转子位置估计误差的低频信号：

步骤S3.3、将所述低频信号u_l经过PI调节器和积分器，计算出转子位置角估计值

5.根据权利要求4所述的一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，其特征在于，所述步骤S4中，当低频信号u_l中sin2Δθ收敛到0时，实际位置θ与估计位置的误差满足：即实际转子位置角包括四种情况；根据主发电机定子绕组中产生的感应电流极性，判断实际的初始位置角所在扇区，并对估计出的初始位置进行调整，选择对应的作为最终估计出的转子位置角；具体地，

根据主发电机定子绕组中产生的感应电流极性，判断初始位置角所在扇区，具体判据如下：

当i_α≤0且i_β≤0时，初始位置角θ₀处于[0,π/2]内；

当i_α＞0且i_β≤0时，初始位置角θ₀处于(π/2,π]内；

当i_α＞0且i_β＞0时，初始位置角θ₀处于(π,3π/2)内；

当i_α≤0且i_β＞0时，初始位置角θ₀处于[3π/2,2π)内。

6.根据权利要求1所述的一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，其特征在于，所述步骤S2中所述双重二阶广义积分器由两个相同的二阶广义积分器级联组成，且第一级带通滤波输出作为第二级的输入，传递函数表达式如下：

其中s为拉普拉斯算子，x为输入信号，x′代表第一级带通滤波输出信号，qx′代表第二级带通滤波输出信号，x′和qx′相位相差90°，互为正交信号；k为滤波系数，ω_n为谐振频率，且ω_n＝2ω_f，其中ω_f为主励磁机的励磁角频率。