一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直接解耦方式的三级同步电机转子位置估计方法，三级式同步电机的主励磁机采用频率恒定的单相交流电励磁，经旋转整流器产生的二次谐波作为向主发电机励磁绕组间接注入的高频信号，利用二阶广义积分器从主发电机起动控制的电流环输出中提取高频响应信号及其正交信号，结合主励磁机定子侧提取的高频正余弦信号，通过解析运算生成与高频响应信号同步的解耦信号，结合外差法解调，估计出三级式同步电机的转子位置角；本发明专利技术提供的转子位置估计方法可准确生成与高频响应信号同步的解耦信号，且计算量小，易于实施，可以有效减少电机控制算法的复杂程度，获得的位置估计角精度较高。置估计角精度较高。置估计角精度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法


[0001]本专利技术涉及电机控制
，主要涉及一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法。

技术介绍

[0002]三级式无刷交流同步电机，其设计和制造技术成熟，且具备一定的起动能力，是最适合实现变频交流起动发电一体化的电机。三级式同步电机起动发电一体化系统依赖准确的转子位置信息来实现起动功能。但在恶劣的航空环境下，位置传感器的精度和可靠性受到影响，并且位置传感器的安装过程中存在零位偏差。不准确的转子位置使三级式同步电机的起动性能下降，甚至有可能导致起动失败。因此，近年来，三级式同步电机的无位置传感器起动控制技术得到了研究和发展。
[0003]现阶段，三级式同步电机的无位置传感器起动控制技术多借鉴永磁同步电机和电励磁同步电机的无位置传感器技术。通常，零低速阶段的同步电机位置估计方法为高频信号注入法，向电机定子侧注入高频信号，提取其高频响应信号并与同频同相的同步解耦信号相乘进行幅值调制，直接解耦计算得到转子位置估计值。然而，从三级式同步电机主发电机定子侧注入高频信号会影响电机的起动转矩。
[0004]现有文献中，杨袁钰，魏佳丹，周波，等.主励磁机高频信号注入的无刷励磁同步电机低速阶段无位置传感器起动控制[J].中国电机工程学报,2018,03(v.38；No.590):259
‑
267。Wei J,Xu H,Zhou B,et al.An Integrated Method for Three
‑
Phase AC Excitation and High
‑
Frequency Voltage Signal Injection for Sensorless Starting of Aircraft Starter/Generator[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2019,66(7):5611
‑
5622.和Wei J,Lu H,Xue H,et al.The Rotor Position Estimation Error Improved Method for Sensorless Starting Control of Brushless Synchronous Machine[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2020,35(8):8384
‑
8395.以及专利文献CN109150028B和CN106059430B提出了三级式同步电机转子侧间接注入高频信号的方法，但是间接注入产生的高频响应信号相位未知，所以文献中提出了非同步解调的间接解耦方法，但是此类方法解耦过程复杂，无法直接应用已有的研究充分的同步电机无位置传感器技术。因此，有必要研究三级式同步电机直接解耦的位置信号估计方法。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，本专利技术提供的方法仅在静止阶段计算出同步相位信号的相位信息，计算量小，易于实施，减少电机控制算法的复杂程度。
[0006]技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S1、获取三级式同步电机的主励磁机采用的励磁电流i
f
；
[0009]步骤S2、采用二阶广义积分器从主发电机起动控制的电流环输出中提取高频响应信号u
αh
和u
βn
及正交信号qu
qh
和qu
dh
；
[0010]步骤S3、对步骤S1中励磁电流i
f
进行平方运算，获取信号通过二阶广义积分器获取与正交的高频正余弦信号i
fhcos
和i
fhsin
；
[0011]步骤S4、对步骤S2
‑
S3中提取出的高频正余弦信号和高频响应信号及其正交信号进行解析运算，获取高频响应信号的相位
[0012]步骤S5、比较与初始位置角θ0的正余弦成正比的|u
αh
|和|u
βh
|值大小，对高频余弦信号进行延时处理，获得与高频响应信号同步的解耦信号f
h
；
[0013]步骤S6、从主发电机定子侧两相同步旋转坐标系提取出含转子位置估计误差的高频信号，与所述解耦信号f
h
相乘，进行幅值调制，用低通滤波器滤除高频部分，经过PI调节器和积分器，最终计算出转子位置估计值。
[0014]进一步地，步骤S1中励磁电流表示如下：
[0015]i
f
＝I
f
sh(ω
f
t)
[0016]其中I
f
为主励磁机励磁电流幅值，ω
f
为主励磁机励磁频率。
[0017]进一步地，步骤S2中，在两相静止坐标系上，包含转子位置信息的高频响应信号表示为：
[0018][0019]其中，u
h
为高频响应信号的幅值，为对应的相位，ω
f
为主励磁机励磁频率，θ为主发电机转子位置角，且θ＝ω
r
t+θ0，ω
r
为主发电机转子电角速度，θ0为电机静止时的初始位置角；
[0020]所述二阶广义积分器的谐振频率为ω
n
＝2ω
f
，在静止时提取正交信号如下：
[0021][0022]进一步地，步骤S3中，在两相静止坐标系上，包含转子位置信息的高频响应信号表示为：对步骤S1所述的励磁电流进行平方运算如下：
[0023][0024]上述信号含有与所述高频响应信号同频的余弦信号分量，通过二阶广义积分器提取该信号，并得到与其正交的高频正余弦信号如下：
[0025][0026]其中I
fh
为高频正余弦信号的幅值。
[0027]进一步地，步骤S4中，获取高频响应信号的相位具体步骤包括：
[0028][0029]其中k
h
＝I
fh
·
u
h
；高频响应信号的相位表示如下：
[0030][0031]进一步地，步骤S5中，比较与θ0的正余弦成正比的|u
αh
|和|u
βh
|值大小，选取较大的一组进行相位计算如下：
[0032][0033]对高频余弦信号进行延时处理，获得与高频响应信号同步的解耦信号：
[0034][0035]进一步地，步骤S6中计算转子位置估计值具体包括：
[0036]从主发电机定子侧两相同步旋转坐标系提取出含转子位置估计误差的高频信号：
[0037][0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、获取三级式同步电机的主励磁机采用的励磁电流i
f
；步骤S2、采用二阶广义积分器从主发电机起动控制的电流环输出中提取高频响应信号u
αh
和u
βh
及正交信号qu
qh
和qu
dh
；步骤S3、对步骤S1中励磁电流i
f
进行平方运算，获取信号通过二阶广义积分器获取与正交的高频正余弦信号i
fhcos
和i
fhsin
；步骤S4、对步骤S2
‑
S3中提取出的高频正余弦信号和高频响应信号及其正交信号进行解析运算，获取高频响应信号的相位步骤S5、比较与初始位置角θ0的正余弦成正比的|u
ah
|和|u
βh
|值大小，对高频余弦信号进行延时处理，获得与高频响应信号同步的解耦信号f
h
；步骤S6、从主发电机定子侧两相同步旋转坐标系提取出含转子位置估计误差的高频信号，与所述解耦信号f
h
相乘，进行幅值调制，用低通滤波器滤除高频部分，经过PI调节器和积分器，最终计算出转子位置估计值。2.根据权利要求1所述的一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，其特征在于，步骤S1中励磁电流表示如下：i
f
＝I
f
sin(ω
f
t)其中I
f
为主励磁机励磁电流幅值，ω
f
为主励磁机励磁频率。3.根据权利要求1所述的一种基于直接解耦的三级同步电机转子位置估计方法，其特征在于，步骤S2中，在两相静止坐标系上，包含转子位置信息的高频响应信号表示为：其中，u
h
为高频响应信号的幅值，为对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏佳丹，王俊杰，蔡正友，周波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：