CN114123901A - 一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法 - Google Patents

一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法,通过设置以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系,将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,对该电压进行变换后输入至低通滤波器;最后将滤波结果依次输入至PI环节和积分环节,获取电机转子的估计位置;本发明提供的方法在现有技术解决了高频注入方法中存在的六倍频干扰问题的基础上,进一步消除了逆二倍频同步坐标算法的转矩脉动,提升了电机转子位置辨识的精度。

Description

一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相 永磁电机无位置传感器控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域,主要涉及一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法。
背景技术
对称六相电机具有效率高、控制精度高、容错能力强的优点,因此,广泛应用于低压、大功率、高可靠性领域,如船舶电力推进、机车动力牵引、混合动力汽车和多电飞机等。而采用无位置技术的电机驱动***可以减小***的体积与成本。
无位置传感器控制方法一般分为两类。一种是基于定子反电势的转子位置估计方法。由于电机定子绕组反电势和转子转速成正比,当电机处于零低速情况下,定子反电势较小甚至为零,信噪比很低,采用基于反电动势的观测器方法难以准确估算转子位置。因此基于定子反电势估计的无位置传感器控制算法只适用于中速和高速工况。
另一种是基于电机凸极性的转子位置估计方法,包括转子本身的结构性凸极性和磁通饱和带来的凸极性。基于凸极效应的无位置传感器控制方法主要利用电机自身的非理想特性对电机的转速和位置信号进行估计。由于基于凸极性的方法不依赖电机反电动势,与电机转速无关,因此在电机处于零低速状态时仍能估计电机转子位置。基于凸极效应的永磁电机的无位置传感器控制方法包括电感测量法、载波频率成分法、低频信号注入法和高频信号注入法等。其中,高频信号注入法由于注入信号的频率与电机低速运行频率相差较大,更容易将高频信号注入产生的高频响应分离出来,从而获得转子位置信息。该方法实现方式简单,鲁棒性较好,且对***硬件没有额外的要求。
由于零序电压幅值不取决于注入信号的频率,因此可以采用更高的注入信号频率来降低高频注入引起的转矩脉动和噪声。但是对于基于零序电压的脉振高频电压注入法,在计算转子位置的实际值和估计值的误差的过程中,会引入一个六倍频扰动量(该扰动量的频率为电机电角频率的六倍),从而影响了转子位置的辨识精度。
为了解决六倍频扰动量的干扰问题,文献《Xu P L,Zhu Z Q.Novel carriersignal injection method using zero-sequence voltage for sensorless control ofPMSM drives[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2015,63(4):2053-2061》提出了一种逆二倍频同步坐标的脉振高频注入法,该方法将高频信号注入在了逆二倍频同步坐标的q轴上,可以使得六倍频扰动量得到很好的抑制。然而,该方法高频信号注入在q轴,引入了较大的转矩脉动。
发明内容
发明目的:本发明提供了一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的对称六相电机无位置传感器控制方法,不仅可以得到转子位置估计信号,同时消除了传统逆二倍频同步坐标算法的转矩脉动。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法,所述六相永磁电机的转速控制方法如下:
将六相永磁电机绕组分为两套独立绕组,其中A,B,C为第一套绕组,X,Y,Z为第二套绕组;将给定电机电角频率ω*与估计电角频率
Figure BDA0003372002720000021
的差值
Figure BDA0003372002720000022
输入至第一PI环节,获得电机的给定q轴电流iq *
通过电流传感器获取电机第一套绕组的三相电流ia,ib,ic,对ia,ib,ic进行abc/dq变换,获得第一套绕组的实际q轴电流iq_set1和d轴电流id_set1;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq_set1的差值iq *-iq_set1输入至第二PI环节,得到u* q_set1;设定给定d轴电流i* d_set1,将给定d轴电流i* d_set1和实际d轴电流id_set1的差值i* d_set1-id_set1输入至第二PI环节,得到u* d_set1;对u* d_set1和u* q_set1进行dq/d2q2变换,依次得到d2q2坐标系下的电压u2d_set1、u2q_set1;将d2q2坐标系下q轴电压u2q_set1与高频电压Uh cosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set1、u2q_set1+Uhcosωht;对u2d_set1、u2q_set1+Uhcosωht进行d2q2/abc变换,得到对应逆变器A,B,C相桥臂的占空比;
同样地,通过电流传感器获取电机第二套绕组的三相电流ix,iy,iz,对ix,iy,iz进行abc/dq变换,获得第二套绕组的实际q轴电流iq_set2和d轴电流id_set2;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq_set2的差值iq *-iq_set2输入至第二PI环节,得到u* q_set2;设定给定d轴电流i* d_set2,将给定d轴电流i* d_set2和实际d轴电流id_set2的差值i* d_set2-id_set2输入至第二PI环节,得到u* d_set2;对u* q_set2和u* d_set2进行dq//d2q2变换,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set2、u2q_set2,将d2q2坐标系下q轴电压u2q_set2与高频电压Uhcosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set2、u2q_set2+Uhcosωht;对u2d_set2、u2q_set2+Uhcosωht进行d2q2/abc变换,得到对应逆变器X,Y,Z相桥臂的占空比;
将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,估计电机转子位置。具体包括:
步骤S1、将
Figure BDA0003372002720000031
注入到电机第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,基于电压转换,实际注入的三相电压表示如下:
Figure BDA0003372002720000032
求解第一套绕组的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000033
其中,ωh为注入信号频率,L0、L2为自感平均值和自感二次谐波幅值,M0、M2为互感平均值和互感二次谐波幅值,Ld为电机d轴电感,Lq为电机q轴电感,θ为实际的转子位置角,
Figure BDA0003372002720000034
为估计的转子位置角,
Figure BDA0003372002720000035
为转子位置估计误差角,满足
Figure BDA0003372002720000036
步骤S2、将
Figure BDA0003372002720000037
注入到电机第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,基于电压转换,实际注入的三相电压表示如下:
Figure BDA0003372002720000041
求解第二套绕组的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000042
步骤S3、求解六相永磁电机的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000043
对零序电压U0进行变换如下:
Figure BDA0003372002720000044
将所述变换结果输入至低通滤波器进行滤波,可得:
Figure BDA0003372002720000045
其中k为滤波系数;
步骤S4、将所述低通滤波结果输入至PI环节,获得电机的估计电角频率,将所述估计电角频率输入至积分环节,获取电机的转子估计位置。
进一步地,所述步骤S1中求解第一套绕组的零序电压具体步骤包括:
步骤S1.1、将
Figure BDA0003372002720000046
注入到电机第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,实际注入的三相电压表示为:
Figure BDA0003372002720000047
步骤S1.2、分别计算高频注入产生的三相电流变换率为:
Figure BDA0003372002720000051
Figure BDA0003372002720000052
Figure BDA0003372002720000053
步骤S1.3、分别计算高频注入产生的三相电压为:
Figure BDA0003372002720000054
Figure BDA0003372002720000055
Figure BDA0003372002720000056
步骤S1.4、计算第一套绕组零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000057
进一步地,所述步骤S2中求解第二套绕组的零序电压具体步骤包括:
步骤S2.1、将
Figure BDA0003372002720000058
注入到电机第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,实际注入的三相电压表示为:
Figure BDA0003372002720000059
步骤S2.2、分别计算高频注入产生的三相电流变换率为:
Figure BDA0003372002720000061
Figure BDA0003372002720000062
Figure BDA0003372002720000063
步骤S2.3、分别计算高频注入产生的三相电压为:
Figure BDA0003372002720000064
Figure BDA0003372002720000065
Figure BDA0003372002720000066
步骤S2.4、计算第二套绕组零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000067
有益效果:
(1)、本发明提出的方案通过将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,不仅使得零序电压响应中不存在六倍频干扰信号,解决了传统高频注入方法中存在的六倍频干扰问题,而且消除了逆二倍频同步坐标算法的转矩脉动。
(2)、本发明提出的方案可以有效提高转子位置辨识的精度,并消除高频注入引起的转矩脉动。
附图说明
图1是本发明提供的六相永磁电机无位置传感器转速控制框图;
图2是论文《Novel carrier signal injection method using zero-sequencevoltage for sensorless control of PMSM drives》提出的基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的无位置方法运用于对称六相永磁电机的转速控制框图;
图3是基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置传感器控制框图;
图4是基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置方法的转子位置及误差波形图;
图5是基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置方法的转矩波形图;
图6是基于旋转综合矢量的脉振高频注入的的无位置方法运用于对称六相永磁电机的转速控制框图;
图7是基于旋转综合矢量的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置传感器控制框图;
图8是基于旋转综合矢量的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置方法的转矩波形图;
图9是本发明提供的抑制转矩脉动的逆二倍频坐标脉振高频注入的无位置传感器控制框图;
图10是本发明提出的抑制转矩脉动的逆二倍坐标频脉振高频注入的无位置传感器控制方法的转子位置及误差波形图;
图11是本发明提出的抑制转矩脉动的逆二倍频坐标脉振高频注入的无位置传感器控制方法的转矩波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
首先,如图1所示为本发明提供的六相永磁电机的转速控制方法,具体如下:
将六相永磁电机绕组分为两套独立绕组,其中A,B,C为第一套绕组,X,Y,Z为第二套绕组;将给定电机电角频率ω*与估计电角频率
Figure BDA0003372002720000081
的差值
Figure BDA0003372002720000082
输入至第一PI环节,获得电机的给定q轴电流iq *
通过电流传感器获取电机第一套绕组的三相电流ia,ib,ic,对ia,ib,ic进行abc/dq变换,获得第一套绕组的实际q轴电流iq_set1和d轴电流id_set1;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq_set1的差值iq *-iq_set1输入至第二PI环节,得到u* q_set1;设定给定d轴电流i* d_set1,将给定d轴电流i* d_set1和实际d轴电流id_set1的差值i* d_set1-id_set1输入至第二PI环节,得到u* d_set1;对u* d_set1和u* q_set1进行dq/d2q2变换,依次得到d2q2坐标系下的电压u2d_set1、u2q_set1;将d2q2坐标系下q轴电压u2q_set1与高频电压Uh cosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set1、u2q_set1+Uhcosωht;对u2d_set1、u2q_set1+Uhcosωht进行d2q2/abc变换,得到对应逆变器A,B,C相桥臂的占空比;
同样地,通过电流传感器获取电机第二套绕组的三相电流ix,iy,iz,对ix,iy,iz进行abc/dq变换,获得第二套绕组的实际q轴电流iq_set2和d轴电流id_set2;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq_set2的差值iq *-iq_set2输入至第二PI环节,得到u* q_set2;设定给定d轴电流i* d_set2,将给定d轴电流i* d_set2和实际d轴电流id_set2的差值i* d_set2-id_set2输入至第二PI环节,得到u* d_set2;对u* q_set2和u* d_set2进行dq//d2q2变换,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set2、u2q_set2,将d2q2坐标系下q轴电压u2q_set2与高频电压Uhcosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set2、u2q_set2+Uhcosωht;对u2d_set2、u2q_set2+Uhcosωht进行d2q2/abc变换,得到对应逆变器X,Y,Z相桥臂的占空比;
下面分别提供现有技术中的2份具体实施例以及本发明提供的无位置传感器控制方法,详细阐述本发明是如何在得到转子位置估计信号的同时消除传统逆二倍频坐标算法的转矩脉动的。
实施例1、论文《Novel carrier signal injection method using zero-sequence voltage for sensorless control of PMSM drives》提出的基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的无位置方法运用于对称六相永磁电机的转速控制框图,如图2所示,将给定电机电角频率ω*与估计电角频率
Figure BDA0003372002720000091
的差值
Figure BDA0003372002720000092
输入至第一PI环节,获得电机的给定q轴电流iq *,通过电流传感器获取电机的六相电流ia,ib,ic,id,ie和if,对ia,ib,ic,id,ie和if进行abcdef/dq变换,获得实际q轴电流iq和d轴电流id;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq的差值iq *-iq输入至第二PI环节,得到u* q;设定给定d轴电流i* d,将给定d轴电流i* d和实际d轴电流id的差值i* d-id输入至第二PI环节,得到u* d;将u* d与u* q进行dq/d2q2变换,得到d2q2坐标系下的电压u2d、u2q,将d2q2坐标系下q轴电压u2q与高频电压Uhcosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d、u2q+Uhcosωht,对u2d、u2q+Uh cosωht进行d2q2/abcdef变换,得到对应逆变器A,B,C、D、E、F相桥臂的占空比。
基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置方法如图3所示,它的核心思想是设置一个旋转的
Figure BDA0003372002720000093
坐标,该坐标中,
Figure BDA0003372002720000094
轴超前
Figure BDA0003372002720000095
轴90°,
Figure BDA0003372002720000096
轴的旋转频率为
Figure BDA0003372002720000097
轴旋转频率的2倍,且旋转方向相反,在
Figure BDA0003372002720000098
轴上注入信号Uh cosωht,产生的零序电压求取过程如下:记
Figure BDA0003372002720000099
轴与电机α轴夹角为
Figure BDA00033720027200000910
那么
Figure BDA00033720027200000911
轴与电机α轴的夹角为
Figure BDA00033720027200000912
电机的实际d轴与α轴的夹角为θ,那么Uh cosωht产生的dq轴电流的变化率为:
Figure BDA00033720027200000913
计算Uh cosωht产生的六相电流变换率为:
Figure BDA00033720027200000914
Figure BDA00033720027200000915
Figure BDA0003372002720000101
Figure BDA0003372002720000102
Figure BDA0003372002720000103
Figure BDA0003372002720000104
Figure BDA0003372002720000105
分别计算Uh cosωht产生的六相电压为:
Figure BDA0003372002720000106
Figure BDA0003372002720000107
Figure BDA0003372002720000108
Figure BDA0003372002720000109
Figure BDA00033720027200001010
Figure BDA00033720027200001011
Uh cosωht产生的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000111
Figure BDA0003372002720000112
乘cosωht得到
Figure BDA0003372002720000113
Figure BDA0003372002720000114
经过低通滤波器得到
Figure BDA0003372002720000115
其中k为滤波系数;
Figure BDA0003372002720000116
依次通过PI调节器和积分环节得到转子的辨识位置。
可以看出,对于文献提出的方法,进入调节器的低通滤波结果为:
Figure BDA0003372002720000117
转子位置及估计误差如图4所示。但是,在该方法中,注入的高频信号在电机q轴产生的电流如下所示:
Figure BDA0003372002720000118
该iq产生的转矩脉动如下所示:
Figure BDA0003372002720000119
其中,pr为电机的转子极对数,ψpm为电机的永磁磁链。
从式中可以看出,该算法注入的高频信号会产生转矩脉动,该转矩脉动既包含了角频率为ωh的高频脉动转矩,也包含了角频率为
Figure BDA0003372002720000121
的低频脉动转矩,如图5所示,转矩波形为包络线性质,转矩脉动峰峰值为0.4N.m。
实施例2、专利《一种基于旋转综合矢量的脉振高频注入的永磁电机的位置估计方法》(申请号:202110675485.4)提出了一种基于旋转综合矢量的脉振高频注入的无位置方法,运用于对称六相永磁电机的转速控制,控制框图如图6所示,将给定电机电角频率ω*与估计电角频率
Figure BDA0003372002720000122
的差值
Figure BDA0003372002720000123
输入至第一PI环节,获得电机的给定q轴电流iq *,通过电流传感器获取电机的六相电流ia,ib,ic,id,ie和if,对ia,ib,ic,id,ie和if进行abcdef/dq变换,获得实际q轴电流iq和d轴电流id;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq的差值iq *-iq输入至第二PI环节,得到u* q;设定给定d轴电流i* d,将给定d轴电流i* d和实际d轴电流id的差值i* d-id输入至第二PI环节,得到u* d;将u* d与高频电压Uh cosωht相加获得u* d+Uhcosωht,将u* q与高频电压Uh sinωht相加获得u* q+Uhsinωht,对u* d+Uhcosωht和u* q+Uhsinωht进行dq/abcdef变换,得到对应逆变器A,B,C、D、E、F相桥臂的占空比。
基于旋转综合矢量的脉振高频注入的对称六相永磁电机无位置方法如图7所示,它的核心思想是设置旋转电压矢量
Figure BDA0003372002720000124
其中Uh为旋转电压矢量的长度,
Figure BDA0003372002720000125
为旋转电压矢量的相位角,ωh为旋转电压矢量的角频率,
Figure BDA0003372002720000126
为估计的转子位置角,所述旋转电压矢量
Figure BDA0003372002720000127
在估计的d轴上的分量为Uh cosωht,在估计的q轴上的分量为Uh sinωht。
Figure BDA0003372002720000128
产生的dq轴电流的变化率为:
Figure BDA0003372002720000129
分别计算
Figure BDA0003372002720000131
产生的六相电流变换率为:
Figure BDA0003372002720000132
Figure BDA0003372002720000133
Figure BDA0003372002720000134
Figure BDA0003372002720000135
Figure BDA0003372002720000136
Figure BDA0003372002720000137
分别计算
Figure BDA0003372002720000138
产生的六相电压为:
Figure BDA0003372002720000139
Figure BDA0003372002720000141
Figure BDA0003372002720000142
Figure BDA0003372002720000143
Figure BDA0003372002720000144
Figure BDA0003372002720000145
计算
Figure BDA0003372002720000146
产生的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000147
Figure BDA0003372002720000151
作如下变换:
Figure BDA0003372002720000152
Figure BDA0003372002720000153
经过低通滤波器得到
Figure BDA0003372002720000154
其中k为滤波系数;
Figure BDA0003372002720000155
依次通过PI调节器和积分环节得到转子的辨识位置。
可以看出,对于该专利提出的算法,进入PI调节器的只有
Figure BDA0003372002720000156
因此基于旋转综合矢量的脉振高频注入的无位置方法可以跟踪转子位置和速度。
但是,在该算法中,在估计参考坐标系注入
Figure BDA0003372002720000157
的高频电压信号,会在电机q轴产生如下电流:
Figure BDA0003372002720000158
该电流产生的转矩脉动如下所示:
Figure BDA0003372002720000159
其中,pr为电机的转子极对数,ψpm为电机的永磁磁链。
可以看出,该电流产生了频率为ωh,幅值为
Figure BDA00033720027200001510
的转矩脉动。如图8所示转矩脉动峰峰值为0.4N.m。
实施例3、本发明提供了一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的对称六相电机无位置传感器控制方法,如图9所示,将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,估计电机转子位置;具体步骤如下:
步骤S1、将
Figure BDA0003372002720000161
注入到电机第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,基于电压转换,实际注入的三相电压表示如下:
Figure BDA0003372002720000162
分别计算高频注入产生的三相电流变换率为:
Figure BDA0003372002720000163
Figure BDA0003372002720000164
Figure BDA0003372002720000165
分别计算高频注入产生的三相电压为:
Figure BDA0003372002720000166
Figure BDA0003372002720000167
Figure BDA0003372002720000168
求解第一套绕组的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000171
其中,ωh为注入信号的频率,L0、L2为自感平均值和自感二次谐波幅值,M0、M2为互感平均值和互感二次谐波幅值,Ld为电机d轴电感,Lq为电机q轴电感,θ为实际的转子位置角,
Figure BDA0003372002720000172
为估计的转子位置角,
Figure BDA0003372002720000173
为转子位置估计误差角,满足
Figure BDA0003372002720000174
步骤S2、将
Figure BDA0003372002720000175
注入到电机第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,基于电压转换,实际注入的三相电压表示如下:
Figure BDA0003372002720000176
分别计算高频注入产生的三相电流变换率为:
Figure BDA0003372002720000177
Figure BDA0003372002720000178
Figure BDA0003372002720000179
分别计算高频注入产生的三相电压为:
Figure BDA00033720027200001710
Figure BDA0003372002720000181
Figure BDA0003372002720000182
求解第二套绕组的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000183
步骤S3、求解六相永磁电机的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000184
对零序电压U0进行变换如下:
Figure BDA0003372002720000185
将所述变换结果输入至低通滤波器进行滤波,可得:
Figure BDA0003372002720000186
其中k为滤波系数;
步骤S4、将所述低通滤波结果输入至PI环节,获得电机的估计电角频率,将所述估计电角频率输入至积分环节,获取电机的转子估计位置。
可以看出,对于专利提出的算法,进入PI调节器的为
Figure BDA0003372002720000187
如图10所示,可以获得电机转子位置。
本实施例设置两套三相绕组空间电角度相差180度,此时零序电压为:
Figure BDA0003372002720000188
但是如果设置两套三相绕组空间电角度相差0度,一套绕组正接,另一套绕组反接,此时第二套绕组的零序电压如下:
Figure BDA0003372002720000191
六相永磁电机的零序电压为:
Figure BDA0003372002720000192
同时,本发明提出的方案中,高频信号注入在q轴上产生的电流如下所示:
Figure BDA0003372002720000193
该电流产生的转矩脉动如下所示:
Figure BDA0003372002720000194
如图11所示,可以看出,相比于传统的基于逆二倍频同步坐标的脉振高频注入的无位置方法,本发明不存在高频注入引起的转矩脉动。
综上所述,首先,本发明提出的方案通过设置以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系,然后将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,对该电压进行变换后输入至低通滤波器;最后将滤波结果输入至PI环节和积分环节,即可获得电机的估计位置。本发明通过将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,不仅可以得到转子位置估计信号,同时消除了传统逆二倍频坐标算法的转矩脉动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法,所述六相永磁电机的转速控制方法如下:
将六相永磁电机绕组分为两套独立绕组,其中A,B,C为第一套绕组,X,Y,Z为第二套绕组;将给定电机电角频率ω*与估计电角频率
Figure FDA0003372002710000011
的差值
Figure FDA0003372002710000012
输入至第一PI环节,获得电机的给定q轴电流iq *
通过电流传感器获取电机第一套绕组的三相电流ia,ib,ic,对ia,ib,ic进行abc/dq变换,获得第一套绕组的实际q轴电流iq_set1和d轴电流id_set1;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq_set1的差值iq *-iq_set1输入至第二PI环节,得到u* q_set1;设定给定d轴电流i* d_set1,将给定d轴电流i* d_set1和实际d轴电流id_set1的差值i* d_set1-id_set1输入至第二PI环节,得到u* d_set1;对u* d_set1和u* q_set1进行dq/d2q2变换,依次得到d2q2坐标系下的电压u2d_set1、u2q_set1;将d2q2坐标系下q轴电压u2q_set1与高频电压Uh cosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set1、u2q_set1+Uhcosωht;对u2d_set1、u2q_set1+Uhcosωht进行d2q2/abc变换,得到对应逆变器A,B,C相桥臂的占空比;
同样地,通过电流传感器获取电机第二套绕组的三相电流ix,iy,iz,对ix,iy,iz进行abc/dq变换,获得第二套绕组的实际q轴电流iq_set2和d轴电流id_set2;将给定q轴电流iq *和实际q轴电流iq_set2的差值iq *-iq_set2输入至第二PI环节,得到u* q_set2;设定给定d轴电流i* d_set2,将给定d轴电流i* d_set2和实际d轴电流id_set2的差值i* d_set2-id_set2输入至第二PI环节,得到u* d_set2;对u* q_set2和u* d_set2进行dq//d2q2变换,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set2、u2q_set2,将d2q2坐标系下q轴电压u2q_set2与高频电压Uhcosωht相加,得到d2q2坐标系下的电压u2d_set2、u2q_set2+Uhcosωht;对u2d_set2、u2q_set2+Uhcosωht进行d2q2/abc变换,得到对应逆变器X,Y,Z相桥臂的占空比;
其特征在于,将高频电压信号注入到第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴,同时在第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系q轴注入与第一套绕组注入信号符号相反的高频电压信号,最后测量零序电压,估计电机转子位置;具体步骤如下:
步骤S1、将
Figure FDA0003372002710000021
注入到电机第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,基于电压转换,实际注入的三相电压表示如下:
Figure FDA0003372002710000022
求解第一套绕组的零序电压如下:
Figure FDA0003372002710000023
其中,ωh为注入信号的频率,L0为电机自感平均值、L2为电机自感二次谐波幅值,M0为电机互感平均值、M2为电机互感二次谐波幅值,Ld为电机d轴电感,Lq为电机q轴电感,θ为实际的转子位置角,
Figure FDA0003372002710000024
为估计的转子位置角,
Figure FDA0003372002710000025
为转子位置估计误差角,满足
Figure FDA0003372002710000026
步骤S2、将
Figure FDA0003372002710000027
注入到电机第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,基于电压转换,实际注入的三相电压表示如下:
Figure FDA0003372002710000028
求解第二套绕组的零序电压如下:
Figure FDA0003372002710000029
步骤S3、求解六相永磁电机的零序电压如下:
Figure FDA0003372002710000031
对零序电压U0进行变换如下:
Figure FDA0003372002710000032
将所述变换结果输入至低通滤波器进行滤波,可得:
Figure FDA0003372002710000033
其中k为滤波系数;
步骤S4、将所述低通滤波结果输入至PI环节,获得电机的估计电角频率,将所述估计电角频率输入至积分环节,获取电机的转子估计位置。
2.根据权利要求1所述的一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S1中求解第一套绕组的零序电压具体步骤包括:
步骤S1.1、将
Figure FDA0003372002710000034
注入到电机第一套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,实际注入的三相电压表示为:
Figure FDA0003372002710000035
步骤S1.2、分别计算高频注入产生的三相电流变换率为:
Figure FDA0003372002710000036
Figure FDA0003372002710000041
Figure FDA0003372002710000042
步骤S1.3、分别计算高频注入产生的三相电压为:
Figure FDA0003372002710000043
Figure FDA0003372002710000044
Figure FDA0003372002710000045
步骤S1.4、计算第一套绕组零序电压如下:
Figure FDA0003372002710000046
3.根据权利要求1所述的一种抑制转矩脉动的逆二倍频同步坐标脉振高频注入的六相永磁电机无位置传感器控制方法,其特征在于,所述步骤S2中求解第二套绕组的零序电压具体步骤包括:
步骤S2.1、将
Figure FDA0003372002710000047
注入到电机第二套绕组的以两倍估计转子电角速度逆时针旋转的估计坐标系上,实际注入的三相电压表示为:
Figure FDA0003372002710000048
步骤S2.2、分别计算高频注入产生的三相电流变换率为:
Figure FDA0003372002710000051
Figure FDA0003372002710000052
Figure FDA0003372002710000053
步骤S2.3、分别计算高频注入产生的三相电压为:
Figure FDA0003372002710000054
Figure FDA0003372002710000055
Figure FDA0003372002710000056
步骤S2.4、计算第二套绕组零序电压如下:
Figure FDA0003372002710000057
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