基于高频信号注入的永磁同步电机转子位置检测方法
【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信号注入的永磁同步电机转子 位置检测方法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机凭借其体积重量小、功率因素高、控制性能好等优点得到了广泛的 工业应用。在其控制过程中需要获取准确的转子位置信息，常采用机械式传感器获得，如光 电编码器、旋转变压器等。但这增加了系统的体积、重量和成本，并且在一些剧烈震动、潮湿 的场合这类传感器易失效，为了解决上述问题，不少学者对永磁同步电机无位置传感器控 制技术展开了研究。
[0003] J.H.Jang,S.K.Sul,J.I.Ha,αSensorlessDriveofSurface-Mounted Permanent-MagnetMotorbyHigh-FrequencySignalInjectionBasedonMagnetic SaliencyIEEETransactionsonIndustryApplications,vol.39,no.4,pp.l031-1039，2003 .在d轴注入脉振高频电压信号，对q轴电流进行带通滤波得到高频响应分量，再 用一个同频率的正弦调制信号与其相乘，最后经过低通滤波得到位置估计误差信号，构建 闭环将该误差信号调节到零实现转子位置估计。刘颖，周波，冯瑛，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.对上述方法 进行了深入研究，发现该方法系统的稳定性受到高频阻抗变化的影响，并提出一种解决方 案，在d轴注入脉振高频电流信号，从q轴电压响应中提取位置估计误差信号，构建闭环实现 转子位置估计。但该方法对电流调节器的性能要求很高，采用常规PI控制器难以获得预期 性會κ·Μ·Wang，Χ·Μ·Zhao，Z.Guo，"AnalysisandImprovementofPulsatingCurrent InjectionBasedSensorlessControlofPermanentMagnetSynchronousMotor,"in 17thInternationalConferenceonElectricalMachinesandSystems(ICEMS), Oct.22-25,2014.详细分析了脉振高频电流注入法受电流调节器性能的影响，指出常规的 PI电流调节器用在电流注入法中会产生一定的位置估计误差。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】中所涉及到的缺陷，提供一种基于高 频信号注入的永磁同步电机转子位置检测方法，实现了准确的转子位置估计。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0006] 基于高频信号注入的永磁同步电机转子位置检测方法，包含以下具体步骤：
[0007] 步骤1)，定义d_q为实际同步旋转坐标系、J-I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，其中，Θ为实际转子初始位置，吝 为位置估计值，#的初始值为〇;
[0008] 步骤2 )，在估计转子同步旋转i- $坐标系的d轴注入高频余弦电压 I= cos(?,/)，其中，Uhm为在d轴注入高频电压的幅值，ωh为注入高频电压的角频率，t 表示当前时刻；
[0009] 步骤3)，对估计转子同步旋转坐标系上的电压信号进行Park逆变换，得到两 相静止α-β坐标系下的电压信号ua和Ue，再采用空间矢量脉宽调制SVPWM得到三相逆变器的 六路开关信号，驱动表贴式永磁同步电机SPMSM;
[0010] 步骤4)，检测电机三相绕组A/B/C中的任意两相电流，先进行Clarke变换得到两相 静止α-β坐标系下的电流信号ia和ie，再经过Park变换得到估计转子同步旋转坐标系下的d 轴电流响应信号?,和q轴电流响应信号ζ;
[0011] 步骤5 )，将估计转子同步旋转坐标系的d轴和q轴电流响应信号ζ和&都经过带通 滤波器选出频率为ωh的交流分量，即电流响应的高频分量&和^，将两者相乘进行调制， 得到直流分量和频率为2ωh的交流分量，最后经过低通滤波器滤除交流分量，提取直流分 量，得到估计位置偏差信号f( Α Θ);
[0012] 步骤6)，构建位置偏差闭环，将估计位置偏差信号?·(ΔΘ)作为PI调节器的输入，估 计转子角速度?为PI调节器的输出，对估计转子角速度?积分得到估计的转子位置i;
[0013] 步骤7)，将给定转子角速度coref和估计转子角速度?的差值输入速度调节器，其 输出为q轴电流给定值iq_rrf，将d轴电流给定值i 设为0 ;
[0014] 步骤8)，分别将d轴和q轴给定电流id_rrf和iq_rrf与估计d轴和q轴电流响应信号&和 匕的差值输入电流调节器，其输出分别为d轴和q轴电压_毛.和屺
[0015] 步骤9)，重复步骤2)到步骤8)，直到估计位置偏差信号收敛到0,得到转子位置的 估计值。
[0016] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0017] 本发明是在估计的d轴注入脉振高频电压信号，提出一种新的位置误差信号调制 方式，将d轴和q轴电流响应的高频分量相乘再采用低通滤波得到误差信号，该调制方式与 现有的仅对q轴电流响应进行调制的方式相比，不需根据系统的阻抗确定调制信号的相位， 一定程度上减小了高频信号注入法对系统参数的依赖性。
【附图说明】
[0018] 图1为永磁同步电机转子位置估计过程的原理框图；
[0019] 图2为两相静止坐标系、实际两相同步旋转坐标系与估计两相同步旋转坐标系的 相对关系不意图；
[0020] 图3为转子位置估计的信号提取与调制过程的原理框图；
[0021] 图4为位置估计误差信号与位置估计误差关系曲线的仿真结果；
[0022] 图5为给定转速60r/min稳定运行时实际转子位置的仿真波形；
[0023] 图6为给定转速60r/min稳定运行时估计转子位置的仿真波形。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0025] 如图1所示，本发明提供一种基于高频信号注入的永磁同步电机转子位置检测方 法，具体包括以下步骤：
[0026] 步骤1)，建立坐标系关系图，如图2所示，d_q为实际同步旋转坐标系，J-$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，其中，Θ 为实际转子初始位置，4为位置估计值，^的初始值为〇;
[0027] 步骤2 )，在估计转子同步旋转Jj坐标系的d轴注入高频余弦电压 4aC0S(fiV)，其中，Uhm为在d轴注入高频电压