专利名称：一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法
技术领域：
本发明属于永磁电机控制领域，特别涉及一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法。
背景技术：
永磁同步电机无论是采用直接转矩控制还是矢量控制，都需要精确地获取转子的位置。传统的检测电机转子位置和转速的方法中，多采用机械传感器，如光电编码器或者旋转变压器等，使得永磁同步电动机系统不能在一些环境恶劣的特殊场合里可靠地工作，如航天、水下及空调压缩机等领域。因此，无位置传感器控制技术应运而生。目前，无位置传感 器控制技术根据基本原理可以分为两大类一类基于电机反电势的基波模型，适用于中高速领域；另一类多为基于电机谐波模型，利用电机结构的物理特性或电感的饱和特性，适用于低速(零速)领域。众所周知，后者的实现难度较前者要高，是无位置传感器技术的关键。永磁同步电机分为凸极式和隐极式两种形式，转子磁钢表贴式永磁同步电机属于隐极式，其特点为通常情况下，交轴和直轴电感近似相等，即Lq = Ldo但有研究表明，在直轴上施加一定的励磁电流，随着电机磁路的饱和，会导致直轴电感变小，此时电机对外呈现出Lq > Ld，称为电感饱和凸极。据此，韩国学者I. H. Jung等提出了脉动高频电压信号注入法无位置传感器控制技术，在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电压信号，利用电机的凸极(表贴式为饱和凸极)，使得估计的同步旋转坐标系交轴上产生了一个和估算位置误差相关的高频响应电流信号，设计位置估算系统，从该高频响应电流信号中获取转子位置。在应用脉动高频电压信号注入法作转子初始位置检测时，估计位置既可能收敛于电机转子磁极的N极，也有可能收敛于电机磁极的S极，因此需要对估算转子初始位置的磁极极性进行判断。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。为了达成上述目的，本发明的解决方案是一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，包括如下步骤(I)在i -射古计同步旋转坐标系的j轴上注入高频电压信号Krf = Umh cos(mht)，给定辟由电压5 =υ(2)检测电机的两相电流,并经过Clarke和Park坐标系变换,得到i-射古计同步旋转坐标系的彳轴电流ξ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速首先，将检测得到的#轴电流&乘以调制信号Ut = COS(COht);然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到纟轴电流^的幅值信号￡(△ Θ);最后，对该幅值信号进行PI调节，得到估计转速 ,对估计转速 积分得到估计的转子位置；(3)重复步骤(2)，直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置(；(4)在射古计同步旋转坐标系的￡!轴上注入高频电压信号屺COS(OaZ),在令轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤(2)，直至电机转过一定角度Y，Y >0;(5)根据步骤(3)估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极
极性为N极，转子初始位;当转速为负时，收敛的磁极极性为S极，转子初始位置+7ζ。
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上述步骤(I)中，采用转子的估计位置在进行Park逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值1和^。采用上述方案后，本发明具有以下改进(I)本发明在利用脉振高频电压注入法作初始位置初次估算的基础上，利用注入的转矩扰动分量，使电机产生一个机械的扰动，根据此时估算的电机转速来判断转子磁极的极性，实现永磁同步电机任意初始位置的位置估计；(2)本发明无需准确地电机参数和额外的硬件电路，系统简单稳定，相比较在直轴上注入正负脉冲电压判断磁极极性的方法，本发明对电机转子增磁去磁影响小；且仅就磁极极性判断而言，本发明不依赖于电机的凸极(包括饱和凸极)性，完全可以移植于其它的磁极极性判断方法上，具有良好的实用价值。
图I是本发明的原理框图；图2是两相静止坐标系、实际两相旋转坐标系与估算两相旋转坐标系的相对关系示意图；图3是本发明中位置速度估计调节系统的示意图。
具体实施例方式以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。如图I所示，本发明提供一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，包括如下步骤(I)建立坐标系关系图,如图2所示，d_q为实际同步旋转坐标系,i - ^为估计同步旋转坐标系，Ct-β为实际两相静止坐标系,并且定义估计位置误差= 其中，9为实际位置，4为估计位置，且的初始值为O ;(2)在i-利古计同步旋转坐标系的^轴上注入高频电压信号^ =CZnrt cosOj),作为S轴电压给定，其中，Umh表示注入信号的电压幅值，《,表示注入信号的角频率，#轴电压4 = 0，采用转子的估计位置I进行Park逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值弋和& ;对实际两相静止坐标系下的电压给定值进行SVPWM调制，得到六个驱动信号，控制三相全桥逆变器，向永磁同步电机定子绕组中注入电压信号；(3)通过检测电机的两相电流込和iB，经过Clarke得到实际两相静止坐标系下的电流ia和ie，再利用估计位置^进行Park坐标系变换，得到估计同步旋转坐标系下的^轴电流，其中彳轴电流ξ用于估计转子的位置与转速。位置和转速估计系统如图3所示首先，将检测得到的彳轴电流ξ乘以调制信号Ut=cos ( ht)，并经过低通滤波器(LPF)，得到纟轴电流ξ的幅值信号f (Λ Θ )，即转子位置估计PI调节器所需要的输入量，使输入量与估算转子误差有关；对该幅值信号进行比例-积分(PI)调节控制，使得f( Λ Θ) = 0，将此时PI调节器的输出作为估计转速0，估计转速 积分得到估计的转子位置；(4)重复步骤(2)和步骤(3)，直至电机估算的位置收敛为一恒定值保持不变，将此时的位置作为初次估计的转子位置&； (5)在i-利古计同步旋转坐标系的J轴上注入高频电压信号七=U!l!i} cosO,,,/).作为i轴电压给定轴注入一个正方向扰动信号，作为纟轴给定，采用估计的转子位置& ,，进行Park逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值<和七;对实际两相静止坐标系下电压的给定值进行SVPWM调制，得到六个驱动信号，控制三相全桥逆变器，向永磁同步电机定子绕组中注入电压信号；(6)通过检测电机的两相电流込和iB，经过Clarke得到实际两相静止坐标系下的电流ia和ie，再利用估计位置^进行Park坐标系变换，得到估计同步旋转坐标系下的轴电流，其中彳轴电流ξ用于估计转子的位置与转速；(7)重复执行步骤(5)和步骤(6)，直至电机转过微小的角度Y，Y > O ;此处并不亥憶限定电机转过角度的数值范围，只要能判断出电机转动即可；(8)根据步骤(3)估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N极，转子初始位置Iiiarf =I3i ;当转速为负时，收敛的磁极极性为S极，转子初始位置
θ,ηηκ,ι=θ細+π ο以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于包括如下步骤 (1)在i-射古计同步旋转坐标系的^轴上注入高频电压信号屺=Umhco%{mht),给定令轴电压6 =O (2)检测电机的两相电流,并经过Clarke和Park坐标系变换,得到i-射古计同步旋转坐标系的彡轴电流ξ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速首先，将检测得到的#轴电流ξ乘以调制信号Ut = COS(COht);然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到纟轴电流ξ的幅值信号f(A Θ);最后，对该幅值信号进行PI调节，得到估计转速 ,对估计转速 积分得到估计的转子位置； (3)重复步骤(2)，直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置 ， (4)在i-射古计同步旋转坐标系的^轴上注入高频电压信号^= Hmh QO^OJ j),在#轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤(2),直至电机转过一定角度Y, Y > O ； (5)根据步骤(3)估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N极，转子初始位置;当转速为负时，收敛的磁极极性为S极，转子初始位置 +π °
2.如权利要求I所述的一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于所述步骤(I)中，采用转子的估计位置戌进行Park逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值1和4 0
全文摘要
本发明公开一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，步骤是首先利用脉振高频电压注入法得到初次估计的转子位置，然后在初次估计的交轴上注入一个正方向扰动信号，再估计转子位置，根据估计得到的转速方向判断磁极极性，得到电机转子初始位置。此种方法可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。
文档编号H02P21/14GK102843091SQ20121032995
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者赵承亮, 周波, 刘颖, 李洁, 程丽雯 申请人:南京航空航天大学