[发明专利]一种具有快速动态特性的永磁同步电机转子位置估算方法

说明书

本发明涉及一种具有快速动态特性的永磁同步电机转子位置估算方法，通过在α/β静止坐标系下注入方波信号，采用纯延迟滤波方法，在αβ两相静止坐标系下提取响应信号并进行零速初始转子位置估算；同时，在零速静止状态获取相应的直流分量，并将其用于低速段的转子位置估算。所提方法不依赖电机参数，可以有效减小数据运算量，同时避免了对低通和带通等滤波器的使用，提高了系统动态响应速度和转子位置估算精度；零速静止对转子位置进行估算时，不需要估算角度进行坐标变换。

技术领域

本发明属于同步电机转子位置估算技术领域，涉及一种具有快速动态特性的永磁同步电机转子位置估算方法，具体涉及一种零低速段在α/β静止坐标系下注入高频方波信号，并根据αβ静止坐标系下高频电流响应信号对凸极式永磁同步电机转子位置进行估算的方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)因高功率密度、高效率等优点被广泛应用于航空航天及其他工业领域。目前多采用基于转子磁场定向的矢量控制方式实现对永磁同步电机的高性能控制，这就需要获取准确的转子位置信息。传统基于位置传感器的转子位置获取方式不仅增加了系统成本、尺寸和重量，而且对使用环境有着比较严格的要求，而这降低了其适用范围和系统的可靠性。

转子位置估算技术通过检测电机三相绕组中携带转子位置信息的电压/电流等有效信号，并采用一定的控制算法来实现对转子位置较为精准的估算，可以避免上述限制，代表了三相PMSM系统的发展趋势。根据转子位置估算技术的运行机理，主要分为零低速和中高速段下的两类转子位置估算方法，零低速段时主要根据电机凸极性并以辅助信号实现对转子位置信息的提取，中高速段主要通过基波反电动势或电机的磁链来实现对转子位置的估算。其中，中高速段的转子位置估算技术较为成熟。

零低速时，主要利用电机凸极性，并注入高频辅助电压信号，通过提取包含转子位置信息的响应信号，对转子位置进行估算。在零速静止时的转子位置估算还包括对转子磁极方向的辨识。传统零低速转子位置估算步骤主要包括：1、旋转或高频信号注入；2、带通滤波器对响应信号进行提取；3、信号解调；4、低通滤波器获取信号包络；5、锁相环或反正切法对转子位置进行估算。

由上述步骤可以看出，传统方法中对响应信号进行处理时，采用了如带通、低通滤波器对响应信号进行处理，这不可避免的导致以下问题：1、降低了系统相应控制环路的带宽，导致系统动态响应特性较差；2、给转子位置估算带来了较大的相位延迟和误差；3、数据运算量较大，对处理器要求较高。零速静止状态对磁极方向进行判断时，依赖估算的角度进行坐标变换。

本发明通过在α/β静止坐标系下注入方波信号，采用纯延迟滤波方法，在αβ两相静止坐标系下提取响应信号并进行零速初始转子位置估算；同时，在零速静止状态获取相应的直流分量，并将其用于低速段的转子位置估算。所提方法不依赖电机参数，可以有效减小数据运算量，同时避免了对低通和带通等滤波器的使用，提高了系统动态响应速度和转子位置估算精度；零速静止对转子位置进行估算时，不需要估算角度进行坐标变换。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有快速动态特性的永磁同步电机转子位置估算方法，结合凸极式永磁同步电机转子位置估算过程中高动态响应、相位延迟小和计算量小的需求，本发明提供一种具有快速动态响应特性的凸极式永磁同步电机零低速段转子位置估算方法，减少了对低通滤波器等的使用，使系统能够更快、更精确的在零低速下对转子位置进行实时估算。

技术方案

一种具有快速动态特性的永磁同步电机转子位置估算方法，其特征在于步骤如下：