[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

说明书

本发明公开了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，首先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；然后在主发电机定子侧估计的两相同步旋转坐标系中，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信号及其正交信号，接着经过转子位置信息计算解调，结合初始位置扇区校正，最后得到最终的转子位置估计值；本发明提供的转子位置估计方法避免额外注入高频信号带来的转矩脉动，同时使用集成化双重二阶广义积分器作为滤波结构，避免使用带通滤波器和低通滤波器提取信号带来的相位滞后问题，位置估计精度高。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，主要涉及一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法。

背景技术

航空发动机在外力的作用下从静止状态，加速到点火转速的过程为发动机的起动过程，此过程需要专门的起动装置起动。三级式同步起动/发电一体化系统省去了专门的起动装置，减少了飞机的体积、重量，提高了系统的可靠性和可维护性。三级式同步电机由永磁副励磁机、主励磁机、旋转整流器和主发电机组成，其结构图如附图1所示。

三级式同步电机的起动控制方式一般为矢量控制，需要准确的转子位置信息，通常可通过机械式的位置传感器获得转子位置角，但额外安装位置传感器会存在诸多弊端，且位置传感器的精度受限，因此需开展基于无位置传感器起动的航空三级式同步电机位置估计方法研究。

目前，同步电机低速阶段的位置估计技术一般采用高频信号注入法，即向电机的定子侧或转子侧注入高频信号，提取含转子位置信息的高频响应信号，经过一系列的滤波、解调等信号处理获得转子位置角。对于三级式同步电机而言，由于其结构的特殊性，本身含有高频谐波，无需额外注入高频信号，但是谐波的相位未知，无法通过传统的外差法估计转子位置，并且传统的信号解耦过程引入较多的滤波环节使得位置估计精度大为下降，因此需研究一种新的航空三级式同步电机转子位置估计方法。

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集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，无需额外注入信号，无需计算高频响应信号的相位，使用集成化滤波结构，易于实现，能够获得较为准确的转子位置。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于集成化滤波的三级式同步电机转子位置估计方法，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

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。

进一步地，步骤S1中所述二次谐波如下：