抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测方法技术

本发明专利技术公开了一种抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测方法，所述方法包括：获取电压V

【技术实现步骤摘要】
抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测方法和系统。

技术介绍

[0002]在电机控制中为实现效率最大化，需要获知转子的实时位置信息。该位置信息既可来自于传感器，又可通过一定算法估计获得。其中，前者称为有感方案，后者称为无感方案。相较于有感方案，无感方案有成本低、适应传感器可能失效的高温高压环境等优势。
[0003]无感方案中，检测转子位置的算法模块称为观测器。根据算法原理，观测器可分为两类：第一类为基于凸极性的观测器。该类算法借助电机电感并非各向同性的特点，采用高频注入的方法提取位置信息，其优势在于可适用于低速场景，且对电机参数不敏感。其劣势在于当电机凸极性较弱时，位置估计准确度大大下降，并且高频注入会产生噪音。第二类为基于反电动势模型的观测器。该类算法通过估计电机转动时产生的反电动势提取其中包含的位置信息。常见的提取算法有卡尔曼滤波算法，扩展磁链算法，和基于定子电压模型的直接积分算法等。其中直接积分算法计算简单，但系统中存在的直流偏置会使得积分器饱和，从而大大降低位置估计精度。卡尔曼滤波算法，扩展磁链算法等不存在积分器饱和的现象，但运算过于复杂，工程上付出的计算代价过大。且对于不同电机，这些算法中引入的一些参数取值不同，如何选取合适的参数对于使用者造成很大挑战。
[0004]本专利技术立足于现有的位置观测器原理和不足的分析，提出一种基于反电动势模型，可抗积分器饱和的无感永磁同步电机位置检测方法。该方法解决了基于定子电压模型的直接积分算法中积分器饱和的问题，运算量小，节省逻辑资源，易于在工程上实现。同时该算法具有较好的参数鲁棒性，不需要使用者调节算法参数，易于推广。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题之一是解决基于定子电压模型的电机转子位置检测直接积分算法中积分器饱和的问题，且运算量小、节省逻辑资源，易于在工程上实现。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测方法，所述方法包括：获取电机定子坐标系下
ɑ
及β轴上的施加的电压V
α
与电压V
β
，以及
ɑ
及β轴上的电流I
α
与电流I
β
；构建关于电机磁通量Ψ在
ɑ
轴上的投影磁通量Ψ
α
以及在β轴上的投影磁通量Ψ
β
的数学模型，所述数学模型表示为：；；上述数学模型中，R为电机的相电阻，L为电机的相电感，Ψ为电机的磁通量，θ为电子转子的角度位置；为第一积分项，为第二积
分项，Offset
α
为第一偏置值，Offset
β
为第二偏置值；使用第一积分运算器对第一积分项进行运算，使用第二积分运算器对第二积分项进行运算；并根据第一积分运算器和第二积分运算器的积分值实时对第一偏置值Offset
α
和第二偏置值Offset
β
进行调整；将磁通量Ψ
α
及磁通量Ψ
β
输入高通滤波器滤波后的磁通量Ψ
α_hpf
及磁通量Ψ
β_hpf
；并对磁通量Ψ
α_hpf
和磁通量Ψ
β_hpf
进行反正切运算以得到转子原始角度位置θ
raw
；对转子原始角度位置θ
raw
进行差分运算得到转子原始角速度ω
raw
；随后将转子原始角速度ω
raw
输入至低通滤波器以消除差分运算器引入的高频噪声从而得到转子角速度ω；根据转子角速度ω得到转子角度位置补偿值Δθ，将转子角度位置补偿值Δθ与转子原始角度位置θ
raw
进行加法运算从而得到转子角度位置θ。
[0007]在一个实施例中，所述根据第一积分运算器和第二积分运算器的运算值对第一偏置值Offset
α
和第二偏置值Offset
β
进行调整具体为：令第一积分运算器和第二积分运算器的最大容纳值为T
max
，最小容纳值为T
min
；当第一积分运算器的积分值处于至之间时，第一偏置值Offset
α
设置为0；当第一积分运算器的积分值处于至之间时，第一偏置值Offset
α
设置为a，a为正数；当第一积分运算器的积分值处于至之间时，第一偏置值Offset
α
设置为
‑
a；当第二积分运算器的积分值处于至之间时，第二偏置值Offset
β
设置为0；当第二积分运算器的积分值处于至之间时，第二偏置值Offset
β
设置为a，a为正数；当第二积分运算器的积分值处于至之间时，第二偏置值Offset
β
设置为
‑
a。
[0008]在一个实施例中，第一偏置值Offset
α
与第二偏置值Offset
β
的取值a为1。
[0009]在一个实施例中，将磁通量Ψ
α
及磁通量Ψ
β
输入高通滤波器滤波后由第一偏置值Offset
α
和第二偏置值Offset
β
带来的直流偏置量将被过滤掉。
[0010]在一个实施例中，根据转子角速度ω与通过查找角速度与补偿值数值关系表的方式得到转子角速度ω下的角度位置补偿值Δθ，根据本专利技术的另一方面，还提供了一种抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测系统，所述系统包括第一增益运算器1、第一加法运算器2、第一积分器运算器3、第二增益运算器4及第二加法运算器5；当电机定子坐标系下
ɑ
轴上的施加的电压为电压V
α
且
ɑ
轴上施加的电流为电流I
α
时；电流I
α
通过第一增益运算器1后输入至第一加法运算器2，电压V
α
与第一偏置值Offset
α
同时输入至第一加法运算器2，所述第一加法运算器2的输出值输入至第一积分运算器3，第一积分运算器3的积分运算结果输入至第二加法运算器5，同时电流I
α
通过第二增益运算器4后输入至第二加法运算器5，经第二加法运算器5运算得到电机磁通量Ψ在
ɑ
轴上的投影量Ψ
α
；
所述系统还包括第三增益运算器6、第三加法运算器7、第二积分器运算器8、第四增益运算器9及第四加法运算器10；当电机定子坐标系下β轴上的施加的电压为电压V
β
且β轴上施加的电流为电流I
β
时；电流I
β
通过第三增益运算器6后输入至第三加法运算器7，电压V
α
与第二偏置值Offset
β...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述方法包括：获取电机定子坐标系下
ɑ
及β轴上的施加的电压V
α
与电压V
β
，以及
ɑ
及β轴上的电流I
α
与电流I
β
；构建关于电机磁通量Ψ在
ɑ
轴上的投影磁通量Ψ
α
以及在β轴上的投影磁通量Ψ
β
的数学模型，所述数学模型表示为：；；上述数学模型中，R为电机的相电阻，L为电机的相电感，Ψ为电机的磁通量，θ为电子转子的角度位置；为第一积分项，为第二积分项，Offset
α
为第一偏置值，Offset
β
为第二偏置值；使用第一积分运算器对第一积分项进行运算，使用第二积分运算器对第二积分项进行运算；并根据第一积分运算器和第二积分运算器的积分值实时对第一偏置值Offset
α
和第二偏置值Offset
β
进行调整；将磁通量Ψ
α
及磁通量Ψ
β
输入高通滤波器滤波后得到磁通量Ψ
α_hpf
及磁通量Ψ
β_hpf
；并对磁通量Ψ
α_hpf
和磁通量Ψ
β_hpf
进行反正切运算以得到转子原始角度位置θ
raw
；对转子原始角度位置θ
raw
进行差分运算得到转子原始角速度ω
raw
；随后将转子原始角速度ω
raw
输入至低通滤波器以消除差分运算器引入的高频噪声从而得到转子角速度ω；根据转子角速度ω得到转子角度位置补偿值Δθ，将转子角度位置补偿值Δθ与转子原始角度位置θ
raw
进行加法运算从而得到转子角度位置θ。2.根据权利要求1所述的无感永磁同步电机转子位置检测方法，所述根据第一积分运算器和第二积分运算器的积分值实时对第一偏置值Offset
α
和第二偏置值Offset
β
进行调整具体为：令第一积分运算器和第二积分运算器的最大容纳值为T
max
，最小容纳值为T
min
；当第一积分运算器的积分值处于至之间时，第一偏置值Offset
α
设置为0；当第一积分运算器的积分值处于至之间时，第一偏置值Offset
α
设置为a，a为正数；当第一积分运算器的积分值处于至之间时，第一偏置值Offset
α
设置为
‑
a；当第二积分运算器的积分值处于至之间时，第二偏置值Offset
β
设置为0；当第二积分运算器的积分值处于至之间时，第二偏置值Offset
β
设置为a，a为正数；当第二积分运算器的积分值处于至之间时，第二偏置值Offset
β
设置为
‑
a。3.根据权利要求2所述的无感永磁同步电机转子位置检测方法，第一偏置值Offset
α
与
第二偏置值Offset
β
的取值a为1。4.根据权利要求1所述的无感永磁同步电机转子位置检测方法，将磁通量Ψ
α
及磁通量Ψ
β
输入高通滤波器滤波后由第一偏置值Offset
α
和第二偏置值Offset
β
带来的直流偏置量将被过滤掉。5.根据权利要求1所述的无感永磁同步电机转子位置检测方法，根据转子角速度ω与通过查找角速度与补偿值数值关系表的方式得到转子角速度ω下的角度位置补偿值Δθ。6.一种抗积分饱和的无感永磁同步电机转子位置检测系统，其特征在于，所述系统包括第一增益运算器1、第一加法运算器2、第一积分器运算器3、第二增益运算器4及第二加法运算器5；当电机定子坐标系下
ɑ
轴上的施加的电压为电压V
α
且
ɑ
轴上施加的电流为电流I
α
时；电流I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可睿，孔令新，王乃龙，
申请(专利权)人：北京芯格诺微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：