[发明专利]一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法

权利要求书

1.一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法，其特征在于，含有以下步骤：

S1.将高频方波电压注入至估计d轴的电压分量u_d，实现方波电压的d轴注入；

S2.检测并解调注入高频方波所激励出的q轴高频电流信号，根据高频激励下电机的高频数学模型，利用锁相环位置观测器解析获得转子位置预估值；

S3.注入高频方波电压信号的同时，在估计的d轴给定方波电流信号，通过d轴电流控制器，实现对d轴注入方波电流信号的无差跟踪；

S4.在所注入方波电流的正半周期和负半周期，分别获取d轴电流高频分量的幅值，并对幅值进行滑动窗口积分，分别得到和

S5.分别根据方波正半周期、负半周期电流幅值的滑动窗口积分和的大小关系，判断转子位置极性；当大于时，转子位置处于电周期的正半周期，无需对转子位置预估值补偿，转子位置预估值即为转子位置角；当小于时，转子位置处于电周期的负半周期，需对转子位置预估值补偿180°，得到估计的转子位置角；

S6.在极性识别过程中，位置估计同步并行进行；通过高频方波电压注入，不断在线更新转子位置角，两种注入互不干扰；在完成极性辨识后，将d轴电流给定切换至d轴电流参考输入，并将所得的转子位置角用于电机控制器坐标变换，实现伺服系统的高动态控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法，其特征在于，所述方波电压的d轴注入，是在估计的旋转坐标系中注入高频方波电压信号，并具有如下表达式：

其中，为注入方波信号的幅值，u_inj为注入电压矢量，为估计d轴注入电压分量，为估计q轴注入电压分量；如无特殊说明，本文中带有“^”的均为估计旋转坐标系中的值，带有下标“h”的为高频分量。

3.根据权利要求1所述的一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法，其特征在于，所述电机的高频数学模型，具有如下表达式：

其中，L_d、L_q分别为d、q轴的电感，ΔT为一个采样周期，Δi_dh和Δi_qh分别为i_dh和i_qh在相邻采样周期的差分值。

4.根据权利要求1所述的一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法，其特征在于，所述锁相环位置观测器通过以下步骤解析获得转子位置的预估值：

S1.采样高频方波所激励出的高频电流信号，并解调在估计q轴的分量

S2.将当前时刻采样值与前一采样周期的采样值做差，得到相邻采样周期的差值

S3.取注入方波电压的极性与相乘，经过比例环节得到估计误差

S4.将估计误差经过由比例积分器串联积分器构成二阶状态观测器，得到转子位置预估值。

5.根据权利要求4所述的一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法，其特征在于，所述比例环节的增益k_ε，按如下表达式计算获得：

其中，L＝(L_d+L_q)/2，ΔL＝(L_d-L_q)/2。

6.根据权利要求4所述的一种基于组合方波注入的电机高动态无位置传感器控制方法，其特征在于，所述比例环节的表达式按如下技术方案获得：

设为估计旋转坐标系向实际旋转坐标系变换的矩阵，则有如下表达式：

其中，为转子位置误差；

将上式代入高频激励下的电机解析模型，再经变换到估计旋转坐标系中，可得：

其中，L＝(L_d+L_q)/2，ΔL＝(L_d-L_q)/2，为注入方波电压幅值；当时，可得：