CN112564555A - 永磁同步电机及其转子位置估算方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种无位置传感器的永磁同步电机及其转子位置估算方法。该方法在获得两相静止坐标系的α轴电流信号和β轴电流信号后，分别对它们进行了高频电流响应信号提取处理，获得了对应的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；进而，依据这两个高频电流响应信号获得包括有永磁同步电机的转子位置信息的α轴位置信号和β轴位置信号，并基于此获得永磁同步电机的转子位置估算值。其中，高频电流响应信号中携带有可以表征永磁同步电机的凸极特性的信息，通过对高频电流响应信号的提取，可以突显永磁同步电机尤其是表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应，进而基于此实现转子位置信息的有效提取。
Description
技术领域
本申请实施例涉及机电技术领域，尤其涉及一种无位置传感器的永磁同步电机及其转子位置估算方法。
背景技术
永磁同步电机是一种由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，因其具有功率密度高、体积小、结构简单、效率高等特点，成为许多工业应用的最佳选择，尤其在先进制造领域、电力驱动领域具有广泛的应用。
其中，采用无位置传感器的永磁同步电机由于省去了位置传感器，降低了成本、增强了鲁棒性，因而成为电机控制领域的研究热点。基于此的永磁同步电机无位置传感器控制通常被分为中高速段无位置传感器控制、以及零速和低速段的无位置传感器控制。中高速段无位置传感器控制常基于电机电气模型，通过反电势法从反电势相关信号中获取转子位置信息，实现较为简单。而在零速和低速段，因永磁同步电机的反电动势幅值小，通过反电势法来获取转子位置信息的难度较大，为此，采用高频信号注入法来估算转子位置信息应运而生。
在高频信号注入法中，高频脉振电压注入法是一种有效的转子位置估算方法，其通过在永磁同步电机估计旋转坐标系
轴和
轴中的
轴注入高频正弦电压信号，进而根据估计旋转坐标系的
轴的高频电流响应信号，从中提取转子位置信息。
然而，现有的这种高频脉振电压注入法在某些情况下却不能适用，例如，对于饱和凸极效应不明显的表贴式永磁同步电机，则无法实现转子位置信息的有效提取。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种无位置传感器的永磁同步电机及其转子位置估算方法，以至少部分解决上述问题。
本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种永磁同步电机的转子位置估算方法，所述方法包括：
根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号；
从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；
对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号；
根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
可选地，所述方法还包括：分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理；
从滤除处理结果提取出对应所述高频电压信号的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号。
可选地，所述方法还包括：根据所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值，分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理。
可选地，所述方法还包括：将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率，并对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除，根据滤除结果获得所述转子的α轴位置信号和β轴位置信号。
可选地，所述方法还包括：将所述α轴位置信号和β轴位置信号输入两相型锁相环观测器，根据所述两相型锁相环观测器的输出获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
可选地，所述方法还包括：在永磁同步电机对应的估计同步旋转坐标系的
轴上注入高频正弦电压信号；
对所述永磁同步电机进行电流采样，获得所述永磁同步电机的电流传感器在所述高频正弦电压信号下的定子绕组三相电流；
将所述定子绕组三相电流变换到所述两相静止坐标系中，获得所述两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号。
第二方面，本申请实施例提供一种永磁同步电机，包括：
电流信号获得电路，用于根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号；
高频电流响应信号获得电路，用于从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；
位置信号获得电路，用于对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号；
估算电路，用于根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
可选地，所述高频电流响应信号获得电路包括：
数字带通滤波器，用于分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理；从滤除处理结果提取出对应所述高频电压信号的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号。
可选地，所述数字带通滤波器，用于根据所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值，分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理。
可选地，所述位置信号获得电路包括：
乘法器，用于将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率；
数字低通滤波器，用于对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除，根据滤除结果获得所述转子的α轴位置信号和β轴位置信号。
可选地，所述估算电路包括：
两相型锁相环观测器，用于根据所述α轴位置信号和所述β轴位置信号估算所述永磁同步电机的转子位置，获得转子位置估算值。
可选地，所述电流信号获得电路包括：
信号注入器，用于在永磁同步电机对应的估计同步旋转坐标系的
轴上注入高频正弦电压信号；
检测电路，用于对所述永磁同步电机进行电流采样，获得所述永磁同步电机的电流传感器在所述高频正弦电压信号下的定子绕组三相电流；
克拉克电路，用于将所述定子绕组三相电流变换到所述两相静止坐标系中，获得所述两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号。
由以上技术方案可见，本申请实施例提供的基于高频脉振电压注入法估算永磁同步电机的转子位置的方案中，在获得两相静止坐标系的α轴电流信号和β轴电流信号后，分别对它们进行了高频电流响应信号提取处理，获得了对应的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；进而，依据这两个高频电流响应信号获得包括有永磁同步电机的转子位置信息的α轴位置信号和β轴位置信号，并基于此获得永磁同步电机的转子位置估算值。其中，高频电流响应信号中携带有可以表征永磁同步电机的凸极特性的信息，通过对高频电流响应信号的提取，可以突显永磁同步电机尤其是表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应，进而基于此实现转子位置信息的有效提取。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本申请实施例一的一种永磁同步电机的转子位置估算方法的步骤流程图；
图1B为本申请实施例的一种永磁同步电机的坐标系示意图；
图2为本申请实施例二的一种永磁同步电机的结构框图；
图3为图2所示实施例中的一种永磁同步电机实例的结构示意图；
图4为图2所示永磁同步电机实例中的两相型锁相环观测器的结构示意图。
具体实施方式
正如前文描述，现有的这种高频脉振电压注入法在某些情况下却不能适用，例如，对于饱和凸极效应不明显的表贴式永磁同步电机，则无法实现转子位置信息的有效提取。
基于以上问题，发明人经过研究，提供了一种无位置传感器的永磁同步电机及其转子位置估算方法。该方法通过在获得两相静止坐标系的α轴电流信号和β轴电流信号后，分别对它们进行了高频电流响应信号提取处理，获得了对应的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；进而，依据这两个高频电流响应信号获得包括有永磁同步电机的转子位置信息的α轴位置信号和β轴位置信号，并基于此获得永磁同步电机的转子位置估算值。其中，高频电流响应信号中携带有可以表征永磁同步电机的凸极特性的信息，通过对高频电流响应信号的提取，可以突显永磁同步电机尤其是表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应，进而基于此实现转子位置信息的有效提取。另外，在估算所述永磁同步电机的转子位置时，信号处理过程简单，不依赖于所述永磁同步电机自身的参数，处理过程可靠性高，尤其是对于表贴式永磁同步电机依然可以进行转子位置的估算，可以广泛应用于各种类型的永磁同步电机的控制中。
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
第一实施例
参见图1A，该图为本申请实施例一的一种永磁同步电机的转子位置估算方法的步骤流程图。
如图1A所示，本实施提供的转子位置估算方法，包括：
步骤S101：根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号。
本实施例中，在进行转子位置估计之前，可先建立所述永磁同步电机的坐标关系图。图1B为本申请实施例的一种永磁同步电机的坐标系示意图，如图1B所示，永磁同步电机的坐标系分别包括d-q两相同步旋转坐标系、
两相估计同步旋转坐标系以及α-β两相静止坐标系。其中，q轴顺着所述永磁同步电机旋转方向超前d轴90度，
轴顺着所述永磁同步电机旋转方向超前
轴90度，β轴顺着所述永磁同步电机旋转方向超前α轴90度，并规定α轴为参考轴，度数为零度。所以d轴与α轴的夹角θ即为所述永磁同步电机的实际转子位置，
轴与α轴的夹角
即为所述永磁同步电机的估计转子位置，Δθ即为所述永磁同步电机的实际转子位置与估计转子位置的误差角度。
本实施例中，在采用高频脉振电压注入法估算所述永磁同步电机的转子位置时，可在所述永磁同步电机对应的所述估计同步旋转坐标系的
轴上注入所述高频电压信号。在对所述永磁同步电机注入的所述高频电压信号时，可根据需求自行设置所述高频电压信号的类型，例如可以设置向所述永磁同步电机的所述估计同步旋转坐标系的
轴上注入高频方波电压信号或者高频余弦电压信号。可选地，在一具体实施场景中，可对所述永磁同步电机注入高频正弦电压信号。其中所述高频正弦电压的表达式为：
Uinj＝Uhcosωht
其中，Uinj为所述高频正弦电压值，Uh为所述高频正弦电压信号的幅值，ωh为所述高频正弦电压信号的频率，t为所述高频正弦电压信号的注入时长。
在一具体实施场景中，当所述高频电压信号为高频正弦电压信号时，可对所述永磁同步电机进行电流采样，获得所述永磁同步电机的电流传感器在所述高频正弦电压信号下的定子绕组三相电流，再将所述三相电流ia、ib和ic变换到所述两相静止坐标系中，获得所述两相静止坐标系中的所述α轴电流信号和所述β轴电流信号。将所述三相电流进行变换得到所述α轴电流信号和所述β轴电流信号的变换公式具体如下：
其中，iα为α轴电流信号的电流值，iβ为所述β轴电流信号的电流值，ia、ib和ic分别为所述三相电流每一项的电流值。
需要说明的是，在其他实施例中还可以通过其他任何形式获取所述α轴电流信号和所述β轴电流信号，此处不做限制。
步骤S102：从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号。
本实施例中，所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号中携带有可以表征所述永磁同步电机的凸极特性的信息，因此可通过所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号凸显所述永磁同步电机的饱和凸极效应，从而估算得到所述永磁同步电机的转子位置信息。
可选的，在一具体实施场景中，可对所述α轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理，从滤除处理结果提取出所述α轴高频电流响应信号；同样的，对所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理；从滤除处理结果提取出所述β轴高频电流响应信号。
可选地，在一具体实施场景中，可根据所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值，分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理，由此得到的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号中可通过所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值表征所永磁同步电机的凸极特性的信息。
优选地，在对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行处理得到所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号时，可对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号都进行基波电流信号滤除处理和高次谐波电流信号滤除处理，由此可同时消除所述基波电流信号和所述高次谐波电流信号对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号的影响，得到的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号更加准确。对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和高次谐波电流信号滤除处理的变换公式具体如下：
其中，iαh为所述α轴高频电流响应信号的电流值，iβh为所述β轴高频电流响应信号的电流值，Ldh为注入所述高频电压信号后的所述两相旋转坐标系的d轴高频电感值，Lqh为注入所述高频电压信号后的所述两相旋转坐标系的q轴高频电感值。
可选的，在一具体实施场景中，当所述永磁同步电机为表贴式永磁同步电机时，其d轴高频电感值与q轴高频电感值相等，实际转子位置与估计转子位置的误差角度可忽略不计，此时对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和高次谐波电流信号滤除处理的变换公式具体如下：
需要说明的是，除了上述方式外在其他实施例中还可以采取其他方式根据所述α轴电流信号和所述β轴电流信号获得所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号，此处不做限制，当然通过其他方式进行处理时，可以通过与处理方式对应的形式表征所述永磁同步电机的凸极特性。
步骤S103：对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号。
本实施例中，所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号已经中包括有所述永磁同步电机的转子位置信息，通过对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行调制，由此获得的所述α轴位置信号和所述β轴位置信号中的所述永磁同步电机的转子位置信息更加准确。
需要说明的是，所述α轴位置信号和所述β轴位置信号也是一种高频电流信号。
在一具体实施场景中，可通过将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率，并对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除，根据滤除结果获得α轴位置信号和β轴位置信号。需要说明的是，技术人员可根据需求适当设定所述设定频率，此处不做限定，例如可以通过将所述α轴高频电流响应信号乘以2sinωht，从而将所述α轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率。
下面以表贴式永磁同步电机为例，对具体调制过程进行说明。其中，将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率的变换公式具体如下：
对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除得到所述α轴位置信号和所述β轴位置信号的变化公式具体如下：
其中LPF表示进行高频分量滤除处理，iαl为所述α轴位置信号值，iβl为所述β轴位置信号值。
需要说明的是，除了上述方式外在其他实施例中还可以采取其他方式对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行处理，获得α轴位置信号和β轴位置信号，此处不做限制。
步骤S104：根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
本实施例中，所述α轴位置信号和所述β轴位置信号中包括有所述永磁同步电机的转子位置信息，可对所述α轴位置信号和所述β轴位置信号进行处理，从而根据所述α轴位置信号和所述β轴位置信号中的所述永磁同步电机的转子位置信息获得所述永磁同步电机的转子位置估计值。
可选的，在一具体实施场景中，可将所述α轴位置信号和所述β轴位置信号输入两相型锁相环观测器，根据所述两相型锁相环观测器的输出获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。具体地，将所述α轴位置信号和所述β轴位置信号输入到所述两相型锁相环观测器后，将所述α轴位置信号与
做乘积运算得到第一乘积结果，将所述β轴位置信号与
做乘积运算得到第二乘积结果，将所述第一乘积结果与所述第二乘积结果相减得到含有所述永磁同步电机的转子位置信息的误差信号。其中，计算公式具体如下：
其中，ε为所述误差信号。
在角度误差比较小的情况下，所述误差信号ε与
可以近似为正比关系，将所述误差信号作为误差量进行比例调节和积分调节，即可输出所述永磁同步电机的转子位置估计值和转速。还可以在所述两相型锁相环观测器中多次循环所述转子位置估计值，使得所述转子位置估计值收敛于转子位置实际值，从而得到更加准确的所述永磁同步电机的转子位置。
需要说明的是，除了上述方式外在其他实施例中还可以采取其他方式根据所述α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值，此处不做限制。
本申请实施例供的基于高频脉振电压注入法估算永磁同步电机的转子位置的方案中，在获得两相静止坐标系的α轴电流信号和β轴电流信号后，分别对它们进行了高频电流响应信号提取处理，获得了对应的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；进而，依据这两个高频电流响应信号获得包括有永磁同步电机的转子位置信息的α轴位置信号和β轴位置信号，并基于此获得永磁同步电机的转子位置估算值。其中，高频电流响应信号中携带有可以表征永磁同步电机的凸极特性的信息，通过对高频电流响应信号的提取，可以突显永磁同步电机尤其是表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应，进而基于此实现转子位置信息的有效提取。另外，在估算所述永磁同步电机的转子位置时，信号处理过程简单，不依赖于所述永磁同步电机自身的参数，处理过程可靠性高，尤其是对于表贴式永磁同步电机依然可以进行转子位置的估算，可以广泛应用于各种类型的永磁同步电机的控制中。
第二实施例
参见图2，该图为本申请实施例二的一种永磁同步电机的结构框图。
如图2所述，本实施例提供的永磁同步电机，包括：
电流信号获得电路21，用于根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号；
高频电流响应信号获得电路22，用于从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；
位置信号获得电路23，用于对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号；
估算电路23，用于根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
本申请实施例提供的所述永磁同步电机，通过所述电流信号获得电路21获得在获得所述两相静止坐标系的所述α轴电流信号和所述β轴电流信号后，所述高频电流响应信号获得电路22分别对它们进行了所述高频电流响应信号提取处理，获得了对应的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号；进而，所述位置信号获得电路23依据这两个高频电流响应信号获得包括有永磁同步电机的转子位置信息的所述α轴位置信号和所述β轴位置信号，所述估算电路23再基于所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号获得永磁同步电机的转子位置估算值。其中，高频电流响应信号中携带有可以表征永磁同步电机的凸极特性的信息，通过对高频电流响应信号的提取，可以突显永磁同步电机尤其是表贴式永磁同步电机的饱和凸极效应，进而基于此实现转子位置信息的有效提取。另外，在估算所述永磁同步电机的转子位置时，信号处理过程简单，不依赖于所述永磁同步电机自身的参数，处理过程可靠性高，尤其是对于表贴式永磁同步电机依然可以进行转子位置的估算，可以广泛应用于各种类型的永磁同步电机的控制中。
图3为图2所示实施例中的一种永磁同步电机实例的结构示意图。如图3所示，所述电流信号获得电路21包括：信号注入器211、检测电路212和克拉克电路213。
本实施例中，在估算所述永磁同步电机的所述转子位置信息的过程中，在所述两相估计同步旋转坐标系中，所述
轴的给定电流idref设置为0，所述
轴的给定电流iqref通过将给定转速与估计得到的转速值做差，并经过速度环比例调节和积分调节后得到。所述
轴的给定电流和所述
轴的给定电流分别与所述
轴的反馈电流和所述
轴的反馈电流做差后，再经过电流环比例调节和积分调节后得到所述
轴的电压参考量和所述
轴的电压参考量。
进一步地，通过所述信号注入器211在所述永磁同步电机对应的估计同步旋转坐标系的
轴上注入高频正弦电压信号，将所述高频正弦电压信号叠加所述
轴的电压参考量和所述
轴的电压参考量作为输入量输入所述检测电路212，所述检测电路212对所述输入量进行坐标系转换，得到所述两相静止坐标系中的所述d轴的电压参考量和所述d轴的电压参考量，并对所述两相静止坐标系中的所述α轴的电压参考量和所述β轴的电压参考量进行空间矢量脉宽调制，控制所述检测电路212中的三相逆变器输出三相电压，进而从所述三相电压中对所述永磁同步电机进行电流采样获得所述永磁同步电机的电流传感器在所述高频正弦电压信号下的定子绕组三相电流。
再进一步地，将所述三相电流输入所述克拉克电路213，所述克拉克电路213将所述定子绕组三相电流变换到所述两相静止坐标系中，获得所述两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号。
所述高频电流响应信号获得电路22包括：数字带通滤波器221。将所述α轴电流信号和所述β轴电流信号输入所述数字带通滤波器221，所述数字带通滤波器221分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理；从滤除处理结果提取出所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号。
进一步地，所述数字带通滤波器221在对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理时，可根据所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值，分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理。
所述位置信号获得电路23包括：乘法器231和数字低通滤波器232。将所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号输入所述乘法器231，所述乘法器231将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率。再将调制后的所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号输入所述数字低通滤波器232，所述数字低通滤波器232对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除，根据滤除结果获得所述α轴位置信号和所述β轴位置信号。
所述估算电路23包括：两相型锁相环观测器241，将所述α轴位置信号和所述β轴位置信号输入所述两相型锁相环观测器241，所述两相型锁相环观测器241根据所述α轴位置信号和所述β轴位置信号估算所述永磁同步电机的转子位置，获得转子位置估算值。
图4为图2所示永磁同步电机实例中的两相型锁相环观测器241的结构示意图。所述两相型锁相环观测器241包括观测器乘法器电路2411和观测器调节电路2412，将所述α轴位置信号和所述β轴位置信号输入到所述两相型锁相环观测器241后，所述观测器乘法器电路2411分别将所述α轴位置信号与
做乘积运算得到第一乘积结果，将所述β轴位置信号与
做乘积运算得到第二乘积结果，将所述第一乘积结果与所述第二乘积结果相减得到含有所述永磁同步电机的转子位置信息的误差信号。再将所述误差信号输入所述观测器调节电路2412，对所述误差信号作为误差量进行比例调节和积分调节，即可输出所述永磁同步电机的转子位置估计值和转速。
当然，实施本申请实施例的任一技术方案必不一定需要同时达到以上的所有优点。
在本申请的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅用于将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户放射治疗设备和第二用户放射治疗设备表示不同的用户放射治疗设备，虽然两者均是用户放射治疗设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。
尽管已描述了本申请的优选，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种永磁同步电机的转子位置估算方法，其特征在于，包括：
根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号；
从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；
对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号；
根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号，包括：
分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理；
从滤除处理结果提取出对应所述高频电压信号的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理，包括：
根据所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值，分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号，包括：
将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率，并对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除，根据滤除结果获得所述转子的α轴位置信号和β轴位置信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值，包括：
将所述α轴位置信号和β轴位置信号输入两相型锁相环观测器，根据所述两相型锁相环观测器的输出获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号，包括：
在永磁同步电机对应的估计同步旋转坐标系的
轴上注入高频正弦电压信号；
对所述永磁同步电机进行电流采样，获得所述永磁同步电机的电流传感器在所述高频正弦电压信号下的定子绕组三相电流；
将所述定子绕组三相电流变换到所述两相静止坐标系中，获得所述两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号。
7.一种永磁同步电机，其特征在于，包括：
电流信号获得电路，用于根据对所述永磁同步电机注入的高频电压信号进行电流采样，获取定子绕组电流在两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号；
高频电流响应信号获得电路，用于从所述α轴电流信号和所述β轴电流信号中提取出对应所述高频电压信号的α轴高频电流响应信号和β轴高频电流响应信号；
位置信号获得电路，用于对所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号分别进行处理，获得转子的α轴位置信号和β轴位置信号；
估算电路，用于根据所述转子的α轴位置信号和所述β轴位置信号，获得所述永磁同步电机的转子位置估算值。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机，其特征在于，所述高频电流响应信号获得电路包括：
数字带通滤波器，用于分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理；从滤除处理结果提取出对应所述高频电压信号的所述α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电机，其特征在于，所述数字带通滤波器，用于根据所述高频电压信号的幅值、角频率和所述永磁同步电机的两相同步旋转坐标系中的高频电感值，分别对所述α轴电流信号和所述β轴电流信号进行基波电流信号滤除处理和/或高次谐波电流信号滤除处理。
10.根据权利要求7所述的永磁同步电机，其特征在于，所述位置信号获得电路包括：
乘法器，用于将所述α轴高频电流响应信号的频率和所述β轴高频电流响应信号的频率调制为设定频率；
数字低通滤波器，用于对所述设定频率的α轴高频电流响应信号和所述β轴高频电流响应信号进行高频分量滤除，根据滤除结果获得所述转子的α轴位置信号和β轴位置信号。
11.根据权利要求7所述的永磁同步电机，其特征在于，所述估算电路包括：
两相型锁相环观测器，用于根据所述α轴位置信号和所述β轴位置信号估算所述永磁同步电机的转子位置，获得转子位置估算值。
12.根据权利要求7-11任一项所述的永磁同步电机，其特征在于，所述电流信号获得电路包括：
信号注入器，用于在永磁同步电机对应的估计同步旋转坐标系的
轴上注入高频正弦电压信号；
检测电路，用于对所述永磁同步电机进行电流采样，获得所述永磁同步电机的电流传感器在所述高频正弦电压信号下的定子绕组三相电流；
克拉克电路，用于将所述定子绕组三相电流变换到所述两相静止坐标系中，获得所述两相静止坐标系中的α轴电流信号和β轴电流信号。
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| CN201910919584.5A CN112564555A (zh) | 2019-09-26 | 2019-09-26 | 永磁同步电机及其转子位置估算方法 |
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| CN105027421A (zh) * | 2013-02-21 | 2015-11-04 | 三菱电机株式会社 | 电动机控制装置 |
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2019
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