基于高频电流信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种基于高频电流信号注入的永磁同步电机 初始位置检测方法。
【背景技术】
[0002] 对于表贴式永磁同步电机转子初始位置检测的方法，由于电机转子是静止的，无 法通过检测电机反电势来估计转子初始位置，目前一般都是采用信号注入的方式，其中研 宄较多的是高频信号注入法。
[0003] 刘颖，周波，李帅，等.转子磁钢表贴式永磁同步电机转子初始位置检测[J]. 中国电机工程学报，2011，31 (18) : 48-54.在估计转子同步旋转坐标系的d轴注入高频正 弦电压信号，检测q轴高频电流响应并建立位置估计闭环得到转子位置的初次估计值。再 在估计的d轴方向注入正负电压脉冲，利用正负电流作用下直轴等效时间常数的不同判断 d轴正方向，这类方法在初始位置估计全过程中需注入两种类型的信号，实现比较复杂。磁 极正方向判断过程需要注入正负电压脉冲再比较电流响应衰减到0所用的时间，这也需要 花费一定的时间。刘颖，周波，赵承亮，等.基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感 器控制[J].中国电工技术学报，2012,7(27):139-145.首次采用脉振高频电流注入法实 现SPMSM转子位置估计，但是没有提及如何对d轴正方向进行判断。Wang Jianmin，Zhao Xiaomin，Guo Zhen. Analysis and Improvement of Pulsating Current Injection Based Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Motor[C]. 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS)，2014?也米用脉振高频电流 注入法实现转子初始位置的检测，并且给出了一些减小估计误差的方案，但也未提到如何 判断d轴正方向。
[0004] 根据现有文献查阅的情况，目前还没有文章专门针对脉振高频电流注入法中的d 轴正方向判断展开研宄。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的缺陷，在现有初始位置检测方法的 基础上，提出一种全过程只需注入高频电流信号，不需要方波等其它形式的信号注入的d 轴正方向判断方法，该方法使初始位置检测过程得到明显简化。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 一种基于高频电流信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法，包含以下步骤：
[0008] 步骤1)，基于脉振高频电流注入法构建转子位置闭环调节系统，获取转子位置初 次估计值；
[0009] 步骤2)，提取d轴电压响应的二次谐波分量，对其进行相应的信号调制，判断d轴 正方向，得到d轴正方向判断后的补偿值；
[0010] 步骤3)，将转子位置初次估计值加上d轴正方向判断后的补偿值，得到最终初始 位置估计值。
[0011] 作为本发明一种基于高频电流信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法的第 一个过程，获取转子位置初次估计值的步骤如下：
[0012] 步骤11)，将估计转子同步旋转坐标系的q轴电流给定为0, d轴电流给定为一个 脉振高频正弦信号Imhsin(?ht)，其中，I^h为在d轴注入高频电流的幅值，《 h为在d轴注入 高频电流的角频率，t表示当前时刻；
[0013]步骤12)，采用比例谐振控制器PR对估计的d轴电流和q轴电流进行控制，使其与 给定一致；
[0014] 步骤13)，对比例谐振控制器输出的电压I和七进行Park逆变换，得到两相静止 a 坐标系下的电压11。和1^，再采用空间矢量脉宽调制策略得到三相逆变器的六路开关 信号，驱动表贴式永磁同步电机；
[0015] 步骤14)，检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行Clarke变换得到两 相静止a 坐标系下的电流匕和i p，再经过Park变换得到估计转子同步旋转坐标系下 的d轴电流&和q轴电流&，将其反馈到比例谐振控制器的输入端；
[0016] 步骤15)，将估计转子同步旋转坐标系的q轴电压响应&经过带通滤波器选出频 率为wh的交流分量，即为q轴电压响应的一次谐波分量七《，再与余弦信号c〇s(w ht)相乘 进行调制，得到直流分量和频率为2 ? h的交流分量，最后经过低通滤波器滤除交流分量，提 取直流分量，得到估计位置偏差信号f；(A 0);
[0017]步骤16)，构建位置偏差闭环，将估计位置偏差信号f；( A 0 )作为比例积分调节器 的输入，估计转子角速度A为比例积分调节器的输出，对估计转子角速度A积分得到估计的 转子位置；
[0018] 步骤17)，重复步骤A. 1)至步骤A. 6)，直到估计的转子位置收敛为一恒定值，即为 转子初始位置的初次估计值&。
[0019] 作为本发明一种基于高频电流信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法的第 二个过程，所述判断d轴正方向并得到d轴正方向判断后的补偿值的详细步骤如下：
[0020] 步骤21)，检测估计转子同步旋转坐标系的d轴电压响应七，将其先经过带通滤波 器选出d轴电压响应的二次谐波分量七; ;2;
[0021] 步骤22)，将二次谐波分量与正弦信号sin(2?ht)相乘进行调制，得到直流分 量和频率为4 ?h的交流分量，其中《 h为在d轴注入高频电流信号的角频率，t表示当前时 刻；
[0022] 步骤23)，将调制后的信号经过低通滤波器滤除交流分量，提取直流分量，该直流 分量即为d轴正方向判断信息gNS。
[0023] 更进一步的，根据gNS的符号判断d轴正方向，若gNS小于0,则d轴正方向与磁极 的N极同向，d轴正方向判断后的补偿值为0 ;若gNS大于0,则d轴正方向与磁极的N极反 向，d轴正方向判断后的补偿值为JT。
[0024] 本发明在采用传统的脉振高频电流注入法实现初次初始位置估计的基础上，提取 估计d轴高频电压响应中二倍注入信号频率次谐波中的信息判断d轴正方向，该方法在初 始位置估计全过程只需注入高频电流信号，在d轴正方向判断过程无需方波等其它形式的 信号注入，降低了操作的复杂性，缩短了估计时间，简化了初始位置估计过程。
[0025] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0026] (1)本发明在判断d轴正方向过程中，注入的电流始终为正弦高频信号，无需注入 正负脉冲等其它形式的信号，简化了估计过程；
[0027] (2)采用带通滤波器得到估计d轴高频电压响应的二次谐波分量，再通过一定的 调制从二次谐波中提取包含d轴正方向信息的分量，根据这个分量的符号判断d轴正方向， 该过程在一个注入电流信号的周期内即可完成，缩短了 d轴正方向判断过程所需时间。
【附图说明】
[0028] 图1为表贴式永磁同步电机转子初始位置估计过程的原理框图；
[0029] 图2为两相静止坐标系、实际两相同步旋转坐标系与估计两相同步旋转坐标系的 相对关系不意图；
[0030] 图3为初次初始位置估计的信号提取与调制过程的原理框图；
[0031] 图4为d轴正方向判断的信号提取与调制过程的原理框图；
[0032] 图5 (a)对应实际转子位置为lrad时，转子初始位置估计过程的仿真波形；
[0033] 图5 (b)对应实际转子位置为lrad时，d轴正方向判断信息gNS的仿真波形；
[0034] 图5 (c)对应实际转子位置为3rad时，转子初始位置估计过程的仿真波形；
[0035] 图5 (d)对应实际转子位置为3rad时，d轴正方向判断信息gNS的仿真波形。
[0036] 图6