凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法技术

本发明专利技术涉及控制同步电动机的装置领域，具体为一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法。一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法，其特征是：按如下步骤实施：a.比较；b.输入PWM逆变器；c.得到在αβ轴上的电流iαβ；d.得到包含转子位置信息的电流信号                                               ；e.估计出的转子位置和实际位置极性是否相同，如果相反则需要进行补偿；f.将电流送入锁相环之后再结合极性判断模块可得到估计出来的转子角速度和转子位置。本发明专利技术准确性高，适应性强，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制同步电动机的装置领域，具体为一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法。
技术介绍
传统的检测电机转速和转子位置的方法多采用在转子轴上安装光电编码器或者旋转变压器等机械传感器，高精度高响应的速度和位置传感器成本较高；机械传感器安装时可能出现同心度问题，与实际转子位置出现偏差，机械传感器的使用增加了系统的控制接口和接线，遇到干扰以及出现故障时无法正常驱动电机，降低了系统的可靠性，传感器易受环境影响，在恶劣环境中性能不稳定。而在使用无速度传感器控制的时候，由于很多控制方案主要利用电机旋转时产生的反电动势来进行运算，在零转速时反电动势的幅值也为零，无法进行测量；另外基于电机反电动势的方法的准确度取决于电机本身的参数以及对磁链观测和控制的准确性，抗干扰能力和鲁棒性(鲁棒是Robust的音译，原意是健壮和强壮，这里是指控制系统在异常和危险情况下的生存能力)较差。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，提供一种准确性高、适应性强的电机转子位置测量方法，本专利技术公开了一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法。本专利技术通过如下技术方案达到专利技术目的：一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法，电机采用基于速度环和电流环的双环控制，其特征是：按如下步骤实施：a.将给定的控制量输入控制器中，与电机通过机械传感器得到的转子角速度ωr和定子电流iαβs进行比较，通过PI调节之后得到转动参考坐标系下的控制电压，再根据从传感器得到的转子角度θr进行变换，得到静止两相坐标系下电机的控制电压b.为基于电机两相模型，在电机绕组上注入的旋转高频电压信号，与电机的控制电压叠加后输入PWM逆变器控制三相桥臂驱动电机；c.测量出三相电机绕组中ab两相上的电流ia和ib，通过Clarke变换将凸极永磁同步电机定子的三相模型转换为两相的模型，将abc三相等效为正交的αβ两相，可以得到在αβ轴上的电流iαβ；d.电流iαβ包含电机转动感应出来的低频电流分量和注入的旋转高频电压信号感应出来的高频电流分量，通过带通滤波器分离出高频电流分量，并将该电流通过同步轴高通滤波器之后得到包含转子位置信息的电流信号e.同时带通滤波之后的信号送入极性判断模块中判断当前估计出的转子位置和实际位置极性是否相同，如果相反则需要进行补偿；f.根据外差法构造锁相环模块，将电流送入锁相环之后再结合极性判断模块可得到估计出来的转子角速度和转子位置所述的凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法，其特征是：按如下步骤实施：在电机两相模型下满足方程如下：uαuβ=Rs00Rsiαiβ+s00sλαλβ,]]>λαλβ=L-ΔLcos(2θr)-ΔLsin(2θr)-ΔLsin(2θr)L+ΔLcos(2θr)iαiβ+λfcos(θr)λfsin(θr),]]>其中uα和uβ为静止两相坐标系下的电机定子绕组电压，iα和iβ为静止两相坐标系下的定子绕组电流，λα和λβ为静止两相坐标系下的磁链，Rs为定子电阻，其中Ld和Lq分别为直轴电感和交轴电感，s＝d/dt为关于时间的微分算子，θr为转子的角度；在α轴和β轴上加上一个空间上旋转的高频电压信号经过PWM控制逆变器将高频电压信号加到电机的定子绕组上，则在三相绕组上会有电流反馈iabc；将三相的电流反馈iabc经过Clarke变换及带通滤波之后得到两相的等效电流的高频部分iαβ；电流的大小满足以下方程：Vαβis=VαisVβis=Vicos(ωit)sin(ωit),]]>VαisVβis=sλαλβ≈L-ΔLcos(2θr)-ΔLsin(2θr)-ΔLsin(2θr)L+ΔLcos(2θr)siαiiβi,]]>iαβ=iαiiβi=I0cos(ωit-π2)+I1cos(2θr-ωit+π2)I0sin(ωit-π2)+I1sin(2θr-ωit+π2),]]>式中和为注入电压在α轴和β轴上的分量，iαi和iβi为iαβ在α轴和β轴上的分量，I0和I1为正向旋转和负向旋转电流分量的幅值；由于电流信号包含两部分，分别以幅度I0做正向旋转和幅度I1做反向旋转；将电流信号通过同步轴高通滤波器，通过时分别作exp(-jωit)变换和exp(jωit)变换，注：为清晰起见，exp(μ)意为eμ，通过exp(-jωit)变换将参考系变换到正向同步旋转，则正向旋转电流信号变为常量，经过高通滤波器滤除正向旋转的分量之后再经exp(jωit)变换为原来的静止坐标系，只留下了包含转子位置信息的负序分量将该信号通过外差及锁相环模块，将在两轴上的分量分别乘以的正弦和余弦并相加，根据方程iαβ*=iα*iβ*=I1cos(2θr-ωit+π2)I1sin(2θr-ωit+π2),]]>e=-I1cos(2θr-ωit+π2)cos(2θ^r-ωit)-I1sin(2θr-ωit+π2)sin(2θ^r-ωit)=I1sin(2θr-2θ^r),]]>得到误差值ε，将ε经过PI控制得到的信号作为转速估算对转速估算进行积分可得转子估算角度当时，可知误差值ε为零，转子锁相，估计转速与实际转速ωr保持相等；进行极性的检测：电流iαβ在通过模块之后坐标系转换到以估计转速正向旋转的坐标系上，取出电流在该坐标系实轴上的投影并与相乘，得到的结果通过低通滤波器之后就得到了极性判断信号ipol；具体来说，对永磁电机转子磁极建立原点重合的αβ坐标系和dq坐标系，αβ为两相静止坐标系，α轴和abc三相绕组的a相对齐，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法，电机采用基于速度环和电流环的双环控制，其特征是：按如下步骤实施：a.将给定的控制量输入控制器中，与电机通过机械传感器得到的转子角速度ωr和定子电流iαβs进行比较，通过PI调节之后得到转动参考坐标系下的控制电压，再根据从传感器得到的转子角度θr行变换，得到静止两相坐标系下电机的控制电压b.为基于电机两相模型，在电机绕组上注入的旋转高频电压信号，与电机的控制电压叠加后输入PWM逆变器控制三相桥臂驱动电机；c.测量出三相电机绕组中ab两相上的电流ia和ib，通过Clarke变换将凸极永磁同步电机定子的三相模型转换为两相的模型，将abc三相等效为正交的αβ两相，得到在αβ轴上的电流iαβ；d.电流iαβ包含电机转动感应出来的低频电流分量和注入的旋转高频电压信号感应出来的高频电流分量，通过带通滤波器分离出高频电流分量，并将该电流通过同步轴高通滤波器之后得到包含转子位置信息的电流信号e.同时带通滤波之后的信号送入极性判断模块中判断当前估计出的转子位置和实际位置极性是否相同，如果相反则需要进行补偿；f.根据外差法构造锁相环模块，将电流送入锁相环之后再结合极性判断模块得到估计出来的转子角速度和转子位置...

【技术特征摘要】
1.一种凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法，电机采用基于速
度环和电流环的双环控制，其特征是：按如下步骤实施：
a.将给定的控制量输入控制器中，与电机通过机械传感器得到的转子角速度
ωr和定子电流iαβs进行比较，通过PI调节之后得到转动参考坐标系下的控制电压，
再根据从传感器得到的转子角度θr行变换，得到静止两相坐标系下电机的控制电
压b.为基于电机两相模型，在电机绕组上注入的旋转高频电压信号，与电机
的控制电压叠加后输入PWM逆变器控制三相桥臂驱动电机；
c.测量出三相电机绕组中ab两相上的电流ia和ib，通过Clarke变换将凸极永
磁同步电机定子的三相模型转换为两相的模型，将abc三相等效为正交的αβ两相，
得到在αβ轴上的电流iαβ；
d.电流iαβ包含电机转动感应出来的低频电流分量和注入的旋转高频电压信号
感应出来的高频电流分量，通过带通滤波器分离出高频电流分量，并将该电流通
过同步轴高通滤波器之后得到包含转子位置信息的电流信号e.同时带通滤波之后的信号送入极性判断模块中判断当前估计出的转子位置
和实际位置极性是否相同，如果相反则需要进行补偿；
f.根据外差法构造锁相环模块，将电流送入锁相环之后再结合极性判断模
块得到估计出来的转子角速度和转子位置2.如权利要求1所述的凸极永磁同步电机运动状态下转子位置的跟踪方法，
其特征是：按如下步骤实施：
在电机两相模型下满足方程如下：
uαuβ=Rs00Rsiαiβ+s00sλαλβ,]]>λαλβ=L-ΔLcos(2θr)-ΔLsin(2θr)-ΔLsin(2θr)L+ΔLcos(2θr)iαiβ+λfcos(θr)λfsin(θr),]]>其中uα和uβ为静止两相坐标系下的电机定子绕组电压，iα和iβ为静止两相坐
标系下的定子绕组电流，λα和λβ为静止两相坐标系下的磁链，Rs为定子电阻，
其中Ld和Lq分别为直轴电感和交轴电感，s＝d/dt为关
于时间的微分算子，θr转子的角度；
在α轴和β轴上加上一个空间上旋转的高频电压信号经过PWM控制逆变器将高频电压信号加到电机的定子绕组上，则在三相绕组
上会有电流反馈iabc；
将三相的电流反馈iabc经过Clarke变换及带通滤波之后得到两相的等效电流的
高频部分iαβ；
电流的大小满足以下方程：
Vαβis=VαisVβis=Vicos(ωit)sin(ωit),]]>VαisVβis=sλαλβ≈L-ΔLcos(2θr)-ΔLsin(2θr)-ΔLsin(2θr)L+ΔLcos(2θr)siαiiβi,]]>iαβ=iαiiβiI0cos(ωit-π2)+I1cos(2θr-ωit+π2)I0sin(ωit-π2)+...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘河清，赵洪涛，万茂文，徐性怡，
申请(专利权)人：上海大郡动力控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31