CN107834929A - 一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法 - Google Patents

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迟长春
杨鑫
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Abstract

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法。本发明将脉振高频电流信号与两相静止αβ坐标系相结合，采用速度、电流双闭环矢量控制，转速环与dq电流环都采用比例积分调节器进行控制，输出的高频电压分量皆含有转子位置信息，对转子信息经过低通滤波器进行解调，然后经过比例环节得到转子角速度，再对估计的转子角速度进行积分从而得到估计转子位置。本发明省去了带通滤波器，不需要去估计同步旋转坐标系，不仅可以节省估计响应时间，而且具有良好动态响应输出和转速跟随的快速性。

Description

一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法。
背景技术
目前针对永磁同步电机低速区域的无位置传感器控制，通常采用高频信号注入的方法，该方法主要利用电机凸极性能够产生定子电感变化的特点，获取位置与转速信息。
现有脉振高频电流注入法检测SPMSM的转子位置，在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电流，通过检测交轴电流环PI调节器的输出电压量，获得含有转子位置估计误差的信号，对此进行适当的信号处理得到估计转子位置角。
现有脉振高频电流技术采用了带通滤波器和比例谐振调节器进行信号处理，带来的延时问题，无法避免延时对***造成的影响。
现有脉振高频电流需要估计一个同步旋转坐标系，使估计的同步旋转坐标系去逼近实际的同步旋转坐标系，使得转子位置误差收敛于零，但这样的响应时间较长，从而影响动态输出和转速跟随的快速性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法。采用一种脉振高频电流信号与两相静止αβ坐标系的结合方法，省去了带通滤波器，不需要去估计同步旋转坐标系，不仅可以节省估计响应时间，而且具有良好动态响应输出和转速跟随的快速性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，包括以下步骤：
S1：将脉振高频电流信号与两相静止αβ坐标系相结合得到高频同步旋转电流；
S2：所述高频同步旋转电流信号反馈给***，形成d轴和q轴的闭环控制电流，经过比例积分调节，Park逆变换得到高频响应电压信号；
S3：选取所述高频响应电压信号作为转子信息,对所述转子信息经过低通滤波器解调,经过比例环节得到转子角速度，对所述转子角速度进行积分从而得到转子位置。
进一步的，所述步骤S1进一步包括步骤：
S11：采集电机任意两相电流iΑ和iB经过Clark变换得到两相静止电流iα和iβ；
S12：在所述两相静止αβ坐标系的α轴注入给定频率和幅值的脉振高频电流信号iαh，β轴注入为零；
所述α轴和β轴注入公式为
Imh为幅值，wh为频率，t为时间；
S13：所述的脉振高频电流信号iαh和所述的两相静止电流iα和iβ共同作用经过Park变换得到高频同步旋转电流idh和iqh；
进一步的，所述步骤S2进一步包括步骤：
S21：将所述高频同步旋转电流idh和iqh信号反馈给***，形成d轴和q轴的闭环控制电流id和iq；
S22：所述的闭环控制电流id和iq，经过比例积分调节器得到电压信号ud和uq，再经过Park逆变换得到所述两相静止αβ坐标系的αβ轴的高频响应电压信号uαh和uβh。
进一步的，所述高频响应电压信号uαh和uβh均含有转子位置信息，选取高频响应电压信号uαh或uβh作为转子位置信息的解调。
进一步的，选用所述高频响应电压信号uβh作为转子位置信息的解调，将uβh与cos(wht)相乘后送入低通滤波器，得到所需要的转子位置信息，即将其经过比例环节得到转子角速度，再对估计转子角速度进行积分从而得到估计转子位置。
进一步的，所述Park逆变换计算为：其中θe是实际的电机转子位置，p表示微分算子，ΔL＝(Lq-Ld)/2，L＝(Ld+Lq)/2，其中Ld表示直轴电感，Lq表示交轴电感,iαh和iβh为所述高频脉振电流信号，此式为输出的高频响应电压信号。
本发明针对永磁同步电机在低速区域转子位置的检测，采用了脉振高频电流注入法。该方法将脉振高频电流信号与两相静止αβ坐标系相结合，采用速度、电流双闭环矢量控制，转速环与dq电流环都采用比例积分调节器进行控制，整个控制***还包括SVPWM模块、Clark坐标变换、Park坐标变换以及其反变换模块、三相逆变器和低通滤波器环节。在两相静止坐标系的αβ轴分别脉振高频电流信号，其输出的高频电压uαh、uβh分量皆含有转子位置信息，本发明选用uβh分量做转子位置信息的解调。对于转子信息解调的过程，首先将含有转子位置信息的uβh与cos(wht)相乘后，经过低通滤波器进行解调，然后经过比例环节得到转子角速度，再对估计的转子角速度进行积分从而得到估计转子位置。
相比现有技术,本发明具有如下有益效果:
1.本发明采取脉振高频电流法与两相静止坐标系αβ轴相结合，不需要去估计一个同步旋转坐标长时间逼近实际的同步旋转坐标系，使得转子位置误差收敛于零，而是更直接的针对转子的实际位置信息进行估计、调节和提取，避免了响应时间长，具有良好的动态响应。
2、本发明***结构比较简单，省略了带通滤波器，只采用一个低通滤波器，减少了带通滤波器所带来的延时问题，使转子位置估计更加准确，并且运算量也比较少。
附图说明
图1为基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计的原理框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。
本发明基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置控制***包括三相逆变器、永磁同步电机PMSM、SVPWM模块、Clark坐标变换模块、Park坐标变换模块、Park坐标逆变换模块、低通滤波器。
基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法具体示例如下：
如图1的A区域所示，采集所述永磁同步电机PMSM任意两相电流iΑ和iB,经过Clark变换得到两相iα和iβ；
在所述两相静止αβ坐标系的α轴注入给定频率和幅值的脉振高频电流信号iαh，β轴注入为零；
所述α轴和β轴注入公式为
Imh为幅值，wh为频率，t为时间；
所述的脉振高频电流信号iαh和所述的两相静止电流iα和iβ共同作用经过Park变换得到高频同步旋转电流idh和iqh；
将所述高频同步旋转电流idh和iqh信号反馈给***，形成d轴和q轴的闭环控制电流id和iq；
所述的闭环控制电流id和iq，经过比例积分调节器得到电压信号ud和uq，再经过Park逆变换得到所述两相静止αβ坐标系的αβ轴的高频响应电压信号uαh和uβh。
所述高频响应电压信号uαh和uβh均含有转子位置信息，选取uαh或/和uβh作为转子位置信息的解调。
选用所述高频响应电压信号uβh作为转子位置信息的解调，将uβh与cos(wht)相乘后送入低通滤波器，得到所需要的转子位置信息，即将其经过比例环节得到转子角速度，再对估计转子角速度进行积分从而得到估计转子位置。
以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，包括以下步骤：
S1：将脉振高频电流信号与两相静止αβ坐标系相结合得到高频同步旋转电流；
S2：所述高频同步旋转电流信号反馈给***，形成d轴和q轴的闭环控制电流，经过比例积分调节，Park逆变换得到高频响应电压信号；
S3：选取所述高频响应电压信号作为转子信息,对所述转子信息经过低通滤波器解调,经过比例环节得到转子角速度，对所述转子角速度进行积分从而得到转子位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，所述步骤S1进一步包括步骤：
S11：采集电机任意两相电流iΑ和iB经过Clark变换得到两相静止电流iα和iβ；
S12：在所述两相静止αβ坐标系的α轴注入给定频率和幅值的脉振高频电流信号iαh，β轴注入为零，
所述α轴和β轴注入公式为
Imh为幅值，wh为频率，t为时间；
S13：所述的脉振高频电流信号iαh和所述的两相静止电流iα和iβ共同作用经过Park变换得到高频同步旋转电流idh和iqh。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，所述步骤S2进一步包括步骤：
S21：将所述高频同步旋转电流idh和iqh信号反馈给***，形成d轴和q轴的闭环控制电流id和iq；
S22：所述的闭环控制电流id和iq，经过比例积分调节器得到电压信号ud和uq，再经过Park逆变换得到所述两相静止αβ坐标系的αβ轴的高频响应电压信号uαh和uβh。
4.根据权利要求3所述的一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，其特征在于，所述高频响应电压信号uαh和uβh均含有转子位置信息，选取所述高频响应电压信号uαh或uβh作为转子位置信息的解调。
5.根据权利要求1～4任一项所述所述的一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，其特征在于，
选用所述高频响应电压信号uβh作为转子位置信息的解调，将uβh与cos(wht)相乘后送入低通滤波器，得到所需要的转子位置信息，即将其经过比例环节得到转子角速度，再对估计转子角速度进行积分从而得到估计转子位置。
6.根据权利要求1所述的一种基于脉振高频信号注入的低速区域转子位置估计方法，其特征在于，所述Park逆变换计算为：其中θe是实际的电机转子位置，p表示微分算子，ΔL＝(Lq-Ld)/2，L＝(Ld+Lq)/2，其中Ld表示直轴电感，Lq表示交轴电感,iαh和iβh为所述高频脉振电流信号，此式为输出的高频响应电压信号。
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