[发明专利]一种面贴式永磁同步电机转子初始位置估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机矢量控制领域，具体涉及一种面贴式永磁同步电机转子初始位置估计方法。

背景技术：

在对永磁同步电机进行矢量控制时，Clarke变换和Park变换都需要用到电角度信息，对于速度环而言，速度反馈更是必不可少的，因此必须能够获得永磁同步电机转子的位置信息。常用的位置和速度反馈元件主要包括光电编码器、霍尔传感器、旋转变压器、感应同步器、光栅、激光干涉仪等。其中，在永磁同步电机中，普遍使用的是旋转光电式编码器，大多数永磁同步电机转子轴末端都安装有光电编码器。

但是，光电编码器的引入，也为伺服系统带来了很多问题。首先，编码器增大了系统体积，占据了永磁同步电机的成本的很大比例，电机上安装的编码器精度越高，电机成本也就越高。很多高精度的传感器，其价格甚至可以与永磁电机本身相比。其次，由于需要增加连接线和接口电路，而这些都属于弱电环节，使系统更容易受到干扰，降低了系统的可靠性。最后，受传感器自身使用条件的限制，不能应用于某些特殊场合。因此，研究无位置传感器控制方法也就成为了近些年的研究热点。

无位置传感器控制的方法按照其可以运用的转速范围可以分为两大类，分别是适用于中高速范围的反电动势法和适用于零速和低速范围的高频注入法。其中，高频注入法又分为旋转高频注入法和脉振高频注入法。但是针对凸极效应不明显的面贴式永磁同步电机，只能采用脉振高频注入法。

脉振高频注入法算法复杂、信号处理难度大，对硬件处理能力要求高，因此较难实现。尤其是初始位置的估计阶段，解决电机转子位置变动、识别精度低、振动噪音等问题，因此是进行无位置传感器起动的关键技术。

发明内容

针对上述缺陷或不足，本发明提供了一种面贴式永磁同步电机转子初始位置估计方法。

为达到以上目的，本发明的技术方案为：

包括以下步骤：

（1）向电机转子的两相旋转估计坐标系的轴上注入等频率电压信号，并调整注入等频率电压信号的注入电压幅值，获取估计坐标系下轴等频率反馈电流信号，绘制等频率反馈电流幅值曲线，在电机转子不动的前提下，根据等频率反馈电流幅值曲线选取凸极效应最明显的注入电压幅值；

（2）向电机转子的两相旋转估计坐标系的轴上注入等幅值电压信号，并调整注入等幅值电压信号的注入电压频率，获取估计坐标系下轴等幅值反馈电流信号，绘制等幅值反馈电流频率曲线，根据等幅值反馈电流频率曲线选择凸极效应最明显且噪声小的注入电压频率；其中，所述等幅值电压信号的幅值为步骤（1）中所获取的凸极效应最明显的注入电压频率；

（3）根据步骤（1）和步骤（2）中确定的注入电压幅值和注入电压频率，向电机转子的两相旋转估计坐标系的轴上进行脉振高频电压注入，注入角度在360°电角度范围内扫描，获取估计坐标系下轴的高频反馈电流信号，绘制高频反馈电流幅值曲线，并根据高频反馈电流幅值曲线获取峰值最大的峰值位置；

（4）在提取到的峰值位置及与其相差180°的电角度的位置先后注入两个恒定的脉冲电压矢量，根据估计坐标系下的电流响应确定磁极方向，并根据磁极方向确定出转子初始位置。

所述步骤（1）之前还包括以下步骤：

向电机转子的两相旋转估计坐标系的轴上注入脉振高频电压信号在轴上不注入信号，其中，U_dh为注入电压幅值，ω_h为注入电压角频率；注入角度在360°电角度范围内进行扫描，获取估计坐标系下轴的高频反馈电流信号，根据所述高频反馈电流信号绘制高频反馈电流幅值曲线，判断电机是否具有凸极效应，当电机具有凸极效应时，继续步骤（1），否则结束。

所述注入脉振高频电压注入的注入电压幅值和频率根据额定电压和电流环控制频率进行初选取，且注入角度扫描方式为电角度从0°起逐渐以预设间隔递增至360°，每个角度的注入过程持续多个脉振周期。

所述步骤（3）中，获取峰值最大的峰值位置具包括：

（3-1）注入角度首先在360°角度范围内进行预设间隔的初扫描，获得所述预设间隔等级下的粗选最大峰值位置后，在所述粗选最大峰值位置周边不断缩小扫描间隔进行细化扫描；

（3-2）在粗选最大峰值位置周边任取三点，利用抛物线进行拟合，提取细化最大峰值位置；

（3-3）更换拟合点进行多次拟合，将各次提取到的细化最大峰值位置进行平均，得到最终的最大峰值位置。

所述等频率电压信号的频率为1kHz。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：