表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法，属于电机控制的技术领 域。
【背景技术】
[0002] 目前对于表贴式永磁同步电机的低速无位置控制方法，常见的以高频信号注入法 为主。文献《基于脉振高频电流注入SPMSM低速无位置传感器控制》（刘颖，周波，赵承亮， 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，采用了传统的带通和低通滤波器进行信号处理。很多研究高频信号注入法的文 章中也采用带通和低通滤波器进行高频信号处理，它们无法避免滤波器的延时对系统造成 的影响。文南犬〈A Simplified High Frequency Injection Method For PMSM Sensorless Control〉（Hao zhu,Yongdong Li, et al. Power Electronics and Motion Control Conference, 2009. IPEMC，09. IEEE 6th International. IEEE, 2009:401-405.)中省去了传 统信号处理方法中的带通滤波器以减小系统的延时，但简化方法过于简单，在实际应用中 会使估计位置产生较大的毛刺，影响估计的精度。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对上述【背景技术】的不足，提供了表贴式永磁同步 电机转子位置的检测方法，省去了带通和低通滤波器，消除了由滤波器带来的延时问题，使 转子位置估计更加准确，解决了现有技术中无法避免滤波器延时对系统的影响以及简单省 去带通滤波器影响位置估计精度的技术问题。
[0004] 本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
[0005] 表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法，包括如下步骤：
[0006] A、在估计转子同步坐标系d轴注入高频电流，并控制估计转子同步坐标系下的电 流与给定值一致；
[0007] B、在控制估计转子同步坐标系下的电流与给定值一致的同时，提取估计转子同步 坐标系q轴电压中的IkHz分量并将提取的IkHz分量与同相位的高频信号相调制以消除 2kHz谐波，提取直流分量得到估计位置误差信号；
[0008] C、构建位置偏差闭环后将其调节至0以获得转子位置估计值；
[0009] D、重复A至C直至转子位置估计值收敛为恒定值。
[0010] 进一步的，所述表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法中，步骤B采用包 含前后两级的转子位置估计模块提取估计转子同步坐标系q轴电压中的IkHz分量并 将提取的IkHz分量与同相位的高频信号相调制以消除2kHz谐波，转子位置估计模块 前级的传递函数为：
转子位置估计模块后级的传递函数为：
[0011] 其中??)、?)、fA Θ (S)分别为估计转子同步坐标系q轴电压、估计转子同步 坐标系q轴电压中IkHz分量、估计位置误差信号函数，s为拉普拉斯算子，Ic1为前级增益， Wf3l为前级的选择频率，ω ω h，k2为后级增益，ω &为后级的选择频率，ω 2 ω h，COti 为在d轴注入的高频电流的角频率。
[0012] 进一步的，所述表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法中，步骤C构建的位置 偏差闭环包括：
[0013] 由估计位置误差信号估计转子角速度的比例积分控制器，以及，
[0014] 由转子角速度估计转子位置的积分器。
[0015] 进一步的，所述表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法中，步骤A采用如下方 法在估计转子同步坐标系d轴注入高频电流，并控制估计转子同步坐标系下的电流与给定 值一致：
[0016] A1、将估计转子同步旋转坐标系d轴电流给定为脉振高频正弦信号Imhsin(c〇ht)， In*为在d轴注入的高频电流的幅值，ω h为在d轴注入的高频电流的角频率，t为当前时刻；
[0017] A2、修正估计转子同步坐标系下的d轴电流、q轴电流；
[0018] A3、将估计转子同步坐标系下的d轴电流、q轴电流的修正值转换为估计转子坐标 系下的d轴电压、q轴电压；
[0019] A4、对估计的转子坐标系下的d轴电压、q轴电压进行Park逆变换得到两相静止 坐标系下的电压分量，对两相静止坐标系下的电压分量进行空间矢量脉宽调制得到三相逆 变器的开关信号，三相逆变器在开关信号作用下将直流电转换为交流电以驱动表贴式永磁 同步电机工作；
[0020] A5、对表贴式永磁同步电机任意两相电流进行Clarke变换得到两相静止坐标系 下的电流分量，对两相静止坐标系下的电流分量进行Park变换得到估计转子同步坐标系 下的d轴电流、q轴电流，返回A2。
[0021] 进一步的，所述表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法，步骤A3采用比例谐振 控制器将估计转子同步坐标系下的d轴电流、q轴电流的修正值转换为估计转子坐标系下 的d轴电压、q轴电压。
[0022] 本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0023] (1)在提取位置误差信号时，首先提取估计转子同步坐标系q轴电压中的IkHz分 量，再将提取的IkHz分量与同相位的高频信号相调制以消除2kHz谐波，最后以提取的直流 分量作为位置误差信号，省去了带通和低通滤波器，消除了由滤波器带来的延时问题，使转 子位置估计更加准确；
[0024] (2)简化了电机控制系统的结构并减小了运算量。
【附图说明】
[0025] 图1为表贴式永磁同步电机转子位置估计过程的原理框图；
[0026] 图2为两相静止坐标系、实际同步旋转坐标系与估计转子同步旋转坐标系的相对 关系不意图；
[0027] 图3为转子位置误差信号提取与调制过程的原理框图；
[0028] 图4为转子位置误差信号提取具体的实现原理框图；
[0029] 图5 (a)、图5 (b)分别为前级在选择频率l〇〇rad/s时不同k值增益下输入 输出传递函数的幅值、相角特性曲线；
[0030] 图6为新型结构应用于脉振高频电流注入法中，估计位置与实际位置仿真波形。
[0031] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【具体实施方式】
[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0033] 下面详细描述本发明的实施方式，下面通过参考附图描述的实施方式是示例性 的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0034] 本领域的技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术 语和科学术语）具有本发明所属技术领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应 该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的 意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0035] 本发明提供的表贴式永磁同步电机转子位置检测方法如图1所示，具体包括以下 步骤：
[0036] 步骤1，建立如图2所示的坐标系关系图，d_q为实际同步旋转坐标系，为估 计转子同步旋转坐标系，α-β为实际两相静止坐标系，并且定义估计位置误差Δ沒=0-汐， 其中，Θ为实际转子位置，#为估计转子位置，||的初始值为〇;
[0037] 步骤2,将估计转子同步旋转坐标系的d轴电流给定为一个脉振高频正弦信号 InihSin (coht)，其中，Inih为在d轴注入高频电流的幅值，ω h为在d轴注入高频电流的角频率， t表示当前时刻；
[0038]