共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，属于电机控制领域。为了解决现有的位置辨识方法中存在的抗干扰性差、可靠性低，难以工程应用的问题。本发明专利技术方法是直接采样得到三相绕组电流ia、ib和ic，通过带有锁频环的二阶广义积分器得到正交的零序电流信号，外差法处理得到位置偏差信号ε，然后通过锁相环PLL获得当前周期转子位置估计值

【技术实现步骤摘要】
共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法
本专利技术涉及共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，属于电机控制领域。
技术介绍
永磁同步电机具有高转矩、高功率密度、高效率和运行性能优良的优点，在电动汽车、风电和伺服领域得到广泛应用。而共直流母线开绕组永磁同步电机除了具有永磁同步电机的优点外，还包括控制灵活，母线电压利用率高，容错能力强等优势。为了充分利用共直流母线开绕组永磁同步电机，实现电机驱动系统高精度、高性能的矢量控制，必须准确获取转子的位置信息，通常采用机械位置传感器或无传感器算法来检测位置。但是机械传感器增加了系统重量和成本，降低了可靠性。因此，共直流母线开绕组永磁同步电机转子无传感器位置辨识是一项重要且亟待解决的技术。开绕组永磁同步电机是将传统Y型连接电机绕组的中性点打开，连接到两台变流器的拓扑结构，而共直流母线结构的开绕组永磁同步电机提供了零序电流通路，因此零序电流可以存在于电机绕组中。而零序电流又与电机转子位置有关，因此可以用于位置估计。2011年IEEE文献“PositionSensorlessControlofPMSynchronousMotorsBasedonZero-SequenceCarrierInjection”(“基于零序载波注入的永磁同步电机无传感器控制”——2011年IEEE工业电子期刊)，在零轴上注入电压信号的基础上，通过采样得到的电流估计电机转子位置，动态性能好，信噪比高，但是需要在特定时刻进行采样，算法较为复杂。2016年IEEE文献“NovelSquare-WaveSignalInjectionMethodUsingZero-SequenceVoltageforSensorlessControlofPMSMDrivers”(“基于新型方波信号注入的永磁同步电机零序电压无传感器驱动控制”——2016年IEEE工业电子期刊)，通过注入方波电压信号，然后解调检测零序电压提取出转子位置信号。该方法可以注入非常高的频率，拥有较大的系统带宽，也不需要微分运算，稳定性更好，但是该方法在检测零序电压的时候引入了额外的零序电压检测电路，可靠性变差，难以工程应用。2016年IEEE文献“ANovelZero-SequenceModel-BasedSensorlessMethodforOpen-WindingPMSMWithCommonDCBus”(“基于零序电流模型的共直流母线开绕组永磁同步电机无传感器方法”——2016年IEEE工业电子期刊)，通过检测零序电压信号，通过零序电流方程计算出零序电流，然后解调零序电流实现转子位置估计。该方法避免了使用零序电压检测电路，提高了可靠性，但是该方法使用基于零序电流模型方法计算零序电流，因此对电机参数要求较高，鲁棒性差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为针对现有共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识中存在的可靠性差、工程实用性差和抗干扰能力弱的问题，提供了一种共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，采样得到三相绕组电流ia、ib和ic，经过信号处理得到位置偏差信号ε，最后通过锁相环PLL计算出转子估计位置为解决本专利技术的技术问题，所采用的技术方案为一种共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，在电机正常工作情况下，电流传感器采样得到三相绕组电流ia、ib和ic，然后计算出零序电流i0，最后从零序电流中提取转子估计位置包括以下步骤：步骤1，电流传感器采样电机三相绕组电流ia、ib和ic，计算零序电流i0，其计算式如下：步骤2，根据步骤1得到的零序电流i0，通过带有锁频环的广义二阶积分器得到目标电流i0*、正交电流iq0*及当前周期电机转速估计值步骤3，根据步骤2得到的目标电流i0*和正交电流iq0*，通过外差法的方式提取位置偏差信号ε；步骤4，根据步骤3得到的位置偏差信号ε，通过锁相环PLL得到电机当前周期转子位置估计值步骤5，根据步骤4得到的当前周期转子位置估计值计算得到转子估计位置优选地，步骤2所述通过带有锁频环的广义二阶积分器得到目标电流i0*、正交电流iq0*及当前周期电机转速估计值的步骤如下：步骤2.1，将零序电流i0和上一周期目标电流i0'作差处理得到电流差值信号εi，计算公式如下：εi＝i0-i0′步骤2.2，将步骤2.1得到的电流差值信号εi乘以上一周期正交电流iq0'和锁频环增益系数-γ得到转速加速度信号εγ，表达式如下：εγ＝εi×iq0′×(-γ)将εγ通过积分器得到当前周期电机转速估计值表达式如下：其中，t为时间信号,C为积分器初始值；步骤2.3，将步骤2.1得到的电流差值信号εi乘以系数k，减去上一周期正交电流iq0'，得到正交电流差值信号εqi，表达式如下：εqi＝k×εi-iq0′将正交电流差值信号εqi乘以上一周期电机转速估计值并将得到的结果作为积分器的输入，得到目标电流i0*，表达式如下：步骤2.4，将步骤2.3得到的目标电流i0*乘以上一周期电机转速估计值并将得到的结果作为积分器的输入，得到正交电流iq0*，表达式如下：步骤2.1～步骤2.4中所述的积分器为带有锁频环的广义二阶积分器，积分器GI(s)的表达式为：s为拉普拉斯算子。优选地，步骤3所述通过外差法的方式提取位置偏差信号ε的计算式如下：其中，为上一周期转子位置估计值，LPF是低通滤波器的表达式，式中，s为拉普拉斯算子，ξ为阻尼比，G0为低通滤波器增益，ωn为自然频率。优选地，步骤4所述通过锁相环PLL得到电机当前周期转子位置估计值的步骤如下：步骤4.1，调节PI控制器的参数使得位置偏差信号ε收敛到0，其输出即为电机转速差值信号Δω，PI控制器GPI(s)的表达式如下：其中，s为拉普拉斯算子，kp为PI控制器比例项系数，ki为PI控制器积分项系数；步骤4.2，将步骤4.1得到的电机转速差值信号Δω加上当前周期电机转速估计值得到电机真实转速ω，表达式如下：将电机真实转速ω作为积分器的输入，积分器的输出即为电机当前周期转子位置估计值所述的积分器为带有锁频环的广义二阶积分器，积分器GI(s)的表达式为：与现有技术相比，本专利技术专利的有益效果如下：1)无需外加零序电压检测电路，降低了成本，提高了可靠性。2)直接采样零序电流而非根据零序电压方程，受电机参数变化不敏感，鲁棒性更高。附图说明图1为本专利技术辨识方法的实施流程图。图2为本专利技术辨识方法的信号处理流程图。图3为本专利技术方法的电路原理图。图4为电机三相静止坐标系、两相静止坐标系和同步旋转坐标系示意图。图5为基于零序电流的无传感器控制仿真波形图。具体实施方式下面结合附图，来说明本专利技术的具体实施方式。图1为本专利技术辨识方法流程图，由图1可见，本专利技术辨识方法包括以下步骤：步骤1，电流传感器采样电机三相绕组电流ia、ib和ic，计算零序电流i0，其计算式如下；步骤2，根据步骤1得到的零序电流i0，通过带有锁频环的广义二阶积分器得到目标电流i0*和正交电流iq0*，以及当前周期电机转速估计值步骤2.1，将零序电流i0和上一周期目标电流i0'作差处理得到电流差值信号εi，计算公式如下：εi＝i0-i0′步骤2.2，将步骤2.1得到的电流差值信号εi乘以上一周期正交电流iq0'和锁频环增益系数-γ得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，其特征在于，在电机正常工作情况下，电流传感器采样得到三相绕组电流ia、ib和ic，然后计算出零序电流i0，最后从零序电流中提取转子估计位置

【技术特征摘要】
1.一种共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，其特征在于，在电机正常工作情况下，电流传感器采样得到三相绕组电流ia、ib和ic，然后计算出零序电流i0，最后从零序电流中提取转子估计位置包括以下步骤：步骤1，电流传感器采样电机三相绕组电流ia、ib和ic，计算零序电流i0，其计算式如下：步骤2，根据步骤1得到的零序电流i0，通过带有锁频环的广义二阶积分器得到目标电流i0*、正交电流iq0*及当前周期电机转速估计值步骤3，根据步骤2得到的目标电流i0*和正交电流iq0*，通过外差法的方式提取位置偏差信号ε；步骤4，根据步骤3得到的位置偏差信号ε，通过锁相环PLL得到电机当前周期转子位置估计值步骤5，根据步骤4得到的当前周期转子位置估计值计算得到转子估计位置2.根据权利要求1所述的一种共直流母线开绕组永磁同步电机转子位置辨识方法，其特征在于，步骤2所述通过带有锁频环的广义二阶积分器得到目标电流i0*、正交电流iq0*及当前周期电机转速估计值的步骤如下：步骤2.1，将零序电流i0和上一周期目标电流i0'作差处理得到电流差值信号εi，计算公式如下：εi＝i0-i0'步骤2.2，将步骤2.1得到的电流差值信号εi乘以上一周期正交电流iq0'和锁频环增益系数-γ得到转速加速度信号εγ，表达式如下：εγ＝εi×iq0'×(-γ)将εγ通过积分器得到当前周期电机转速估计值表达式如下：其中，t为时间信号,C为积分器初始值；步骤2.3，将步骤2.1得到的电流差值信号εi乘以系数k，减去上一周期正交电流iq0'，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，李二磊，李浩源，杨淑英，马铭遥，刘威，刘世园，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34