永磁同步电机位置估算方法及系统与流程

本发明涉及同步电机位置估算技术，特别是一种永磁同步电机位置估算方法及系统。

背景技术：

1、新能源公交车所采用的电机大部分都是以永磁同步电机(permanent magnetsynchronous motor，简称pmsm)为主。在pmsm的闭环控制系统中，实时获取电机的转速和位置信息非常重要。传统控制方法都是通过使用机械式传感器来获取，但是传统的机械式传感器存在占用电机空间体积、增加控制器的接线口等缺点。为了取代传统的机械式传感器，可以通过提取电机的反电动势来间接获取电机的转速和位置信息。由于电机的反电动势与电机的转速有关，因此在电机转速较低工况下很难获取到电机准确的转速和位置信息。

2、为了克服在电机控制系统中采用传统机械式传感器所存在的弊端，现有技术通过采用卡尔曼滤波法、滑模观测器法、模型参考自适应法等无传感器控制算法来估算出电机的转速和位置信息。这些方法都是直接或间接地从反电动势中获得电机的转速和位置信息。在电机处于中高速范围内，由于反电动势波形的幅值较大，因此对电机的转速和位置估算精度比较高。但是在电机低速工况下，由于反电动势很小，所以很难依靠电机反电动势来获取电机的转速和位置信息。

3、对于pmsm在零低速工况下采用无传感器控制这一局限，现有方法基本都是依靠改进控制算法或者是采用智能控制算法如：神经网络算法、模糊控制算法、遗传算法、粒子群算法以及混沌算法等等；这些算法有着很好的自学习和自适应能力，受外界系统的干扰较小，对系统参数变化不太敏感，鲁棒性好。但是由于这些算法拥有高度的模拟化，使得计算量非常大，而目前微处理技术的发展还无法满足这些算法的计算量，仅仅只能在仿真模型中实现，离在实际工业控制中的应用还有一定的距离。

4、cn cn114938176a公开了基于高频信号注入的永磁同步电机转子初始位置估算方法，其采用反正切法估算转子位置角，反正切函数的值域在因此无法对电机转子位置角在90°和270°处进行精准直接估算，还需要进行相应的转换和修正才能得到对应的转子位置角；该方案在利用高频电流幅值的峰值去估算电机转子位置角之前，还需要对提取的高频电流幅值信号进行滤波处理，这样势必会导致电流幅值存在相位延迟的问题，因此在估算出的转子位置角上需要增加一个角度补偿。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种永磁同步电机位置估算方法及系统，对电机转子位置在任意角度进行估算，且无需进行修正，提高转子位置角估算精度和速度。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种永磁同步电机位置估算方法，包括以下步骤：

3、s1、确定永磁同步电机三相输出电流幅值大小；

4、s2、根据所述永磁同步电机三相输出电流幅值大小确定转子的位置角，具体确定过程包括：

5、若iah＞ich＞ibh，则

6、若ich＞iah＞ibh，则

7、若ich＞ibh＞iah，则

8、若ibh＞ich＞iah，则

9、若ibh＞iah＞ich，则

10、若iah＞ibh＞ich，则

11、其中，iah，ibh，ich分别表示在三相自然坐标系中三相输出电流幅值，θe为转子的位置角。

12、本发明可以对电机转子位置在任意角度进行估算，而无需进行修正，简化了估算过程，提高了位置估算的精度和速度。

13、本发明三相输出电流幅值的上限值imax和下限值imin计算公式分别为：

14、

15、

16、其中，vin为施加到永磁同步电机的高频电压信号的幅值，ωin为高频电压信号的角频率，l为平均电感,l＝(ld+lq)/2，δl为半差电感，δl＝(lq-ld)/2，ld为永磁同步电机d轴电感，lq为永磁同步电机q轴电感。

17、本发明中，所述施加到永磁同步电机的高频电压信号在α-β坐标轴中的电压分量的表达式为：

18、

19、本发明对幅值信号曲线进行线性化处理，跟响应的高频电流信号中存在的位置信息进行了解耦，因此不需要进行角度补偿处理，可以进一步提高转子位置角的估算精度和速度。

20、本发明中，为了提高采样精度，更加准确地辨识出电机转子的位置角，iah，ibh，ich的计算公式为：

21、

22、其中，xrms即xi即n为系统的采样次数，vin为施加到永磁同步电机的高频电压信号的幅值，ωin为高频电压信号的角频率，l为平均电感，δl为半差电感，t为采样时间。

23、作为一个发明构思，本发明还提供了一种永磁同步电机位置估算系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序，以实现本发明上述方法的步骤。

24、作为一个发明构思，本发明还提供了一种新能源客车，其采用本发明上述的控制系统。

25、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用“最小二乘曲线拟合法”，同时结合电机高频幅值响应曲线，因此可以对电机转子位置在任意角度进行估算，而无需进行修正；同时在提取高频电流幅值信号过程中，由于本发明是对幅值信号曲线进行线性化处理，跟响应的高频电流信号中存在的位置信息进行了解耦，因此不需要进行角度补偿处理，提高了转子位置角的估算精度和速度。

技术特征：

1.一种永磁同步电机位置估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置估算方法，其特征在于，三相输出电流幅值的上限值imax和下限值imin计算公式分别为：

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机位置估算方法，其特征在于，所述施加到永磁同步电机的高频电压信号在α-β坐标轴中的电压分量的表达式为：

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置估算方法，其特征在于，iah，ibh，ich的计算公式为：

5.一种永磁同步电机位置估算系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序，以实现权利要求1～4之一所述方法的步骤。

6.一种新能源客车，其特征在于，其采用权利要求5所述的控制系统。

技术总结
本发明公开了一种永磁同步电机位置估算方法及系统，采用“最小二乘曲线拟合法”，同时结合电机高频幅值响应曲线，因此可以对电机转子位置在任意角度进行估算，而无需进行修正；同时在提取高频电流幅值信号过程中，由于本发明是对幅值信号曲线进行线性化处理，跟响应的高频电流信号中存在的位置信息进行了解耦，因此不需要进行角度补偿处理，提高了转子位置角的估算精度和速度。

技术研发人员：曹春堂,沈凡享,朱江,谭博
受保护的技术使用者：中车时代电动汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17