一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，該方法在傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法實(shí)現(xiàn)位置估計(jì)的基礎(chǔ)上，引入高頻注入信號(hào)的相位閉環(huán)控制，對(duì)其相位進(jìn)行補(bǔ)償，消除了由于逆變器死區(qū)時(shí)間和IGBT的寄生電容產(chǎn)生的高頻信號(hào)相位延遲，避免由此引起的位置檢測(cè)誤差。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，并有效地提高了旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法的位置檢測(cè)精度，拓寬了其應(yīng)用范圍。
【專利說(shuō)明】-種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，屬于電機(jī)控制領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前對(duì)于低速及零速永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的主要采用旋轉(zhuǎn)和脈振兩種形 式的高頻信號(hào)注入法，脈振高頻信號(hào)注入法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但是秦峰在 《基于電力電子系統(tǒng)集成概念的PMSM無(wú)傳感器控制研究》一文中指出從系統(tǒng)的調(diào)試來(lái)看，由 于電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)構(gòu)成了轉(zhuǎn)子位置角的閉環(huán)控制，脈振高頻信號(hào)注入法對(duì)調(diào)節(jié)器的參 數(shù)比較敏感，如何整定調(diào)節(jié)器參數(shù)是個(gè)關(guān)鍵。在旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法中位置檢測(cè)器自成一 體，其參數(shù)的調(diào)節(jié)和整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)較為容易。因此在實(shí)際應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào) 注入法的應(yīng)用更多。
[0003] 理想的三相SVPWM電壓源逆變器（VSI)同一橋臂上下管開通信號(hào)是互補(bǔ)的，但是 由于功率管開通和關(guān)斷需要時(shí)間，且開通速度比關(guān)斷速度快，防止橋臂上下管直通，因此必 須在功率管開關(guān)動(dòng)作期間插入一段死區(qū)時(shí)間。該死區(qū)時(shí)間和IGBT的寄生電容會(huì)導(dǎo)致逆 變器輸出高頻電壓信號(hào)和期望高頻電壓之間存在相位延遲，且該相位誤差與電流大小 有關(guān)，該相位延遲最終會(huì)使得旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法的轉(zhuǎn)子位置估算結(jié)果產(chǎn)生的誤差 因此為了提高旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法的轉(zhuǎn)子位置估算精度，對(duì)逆變器死區(qū)和IGBT ' 〇 寄生電容產(chǎn)生的相位延遲進(jìn)行有效補(bǔ)償是非常必要的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 所要解決的技術(shù)問(wèn)題：
[0005] 本發(fā)明的目的，在于提供一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，消除 逆變器死區(qū)時(shí)間和IGBT寄生電容對(duì)高頻注入信號(hào)的相位影響，從而提高轉(zhuǎn)子位置估算精 度，拓寬其應(yīng)用范圍。
[0006] 技術(shù)方案：
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提供了一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方 法，其步驟包括：
[0008] 第一步，對(duì)逆變器三相輸出電壓進(jìn)行采樣，將電壓值變換到兩相靜止坐標(biāo)系下；
[0009] 第二步，提取高頻信號(hào)的相位信息，獲取補(bǔ)償相位；
[0010] 第三步，調(diào)節(jié)高頻逆變器實(shí)際產(chǎn)生的高頻注入信號(hào)，使其和期望的高頻注入信號(hào) 相位一致；利用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法位置估算原理獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
[0011] 進(jìn)一步的，第二步所述的提取高頻信號(hào)的相位信息，獲取補(bǔ)償相位，是指：
[0012] 步驟2.1:在兩相靜止坐標(biāo)系的α軸給定電壓<P/中注入高頻余弦電壓 ?7"Λ C〇S(6V + Δ奶），β軸給定電壓< 注入高頻正弦電壓sin(叫/ + Δ朽），其中，um為注入 高頻電壓的幅值，《h為注入高頻電壓的角頻率，t表示當(dāng)前時(shí)刻，Δ奶、Δ%為相位補(bǔ)償 值，初始時(shí)刻t = 0時(shí)，Δ(^=Δ%=();
[0013] 步驟2. 2 :采用空間矢量調(diào)制策略SVPWM得到六路開關(guān)信號(hào)，控制三相逆變器，檢 測(cè)由逆變器產(chǎn)生的三相電壓uA、u B、u。，進(jìn)行克拉克變換得到兩相靜止α-β坐標(biāo)系下的電 壓信號(hào)Ua和U0 ;
[0014] 步驟2. 3 :將兩相靜止α -β坐標(biāo)系下的電壓信號(hào)Ua和U0經(jīng)過(guò)帶通濾波器選出 頻率為COh的交流分量，g卩α、β軸高頻電壓響應(yīng)U ah和Ueh，再將uah、Ueh分別與通過(guò)相 同帶通濾波器的cos (ω ht)、sin (ω ht)信號(hào)相乘，得到直流分量和頻率為2 ω h的交流分量， 最后經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除交流分量，提取直流分量；并對(duì)直流分量進(jìn)行調(diào)制獲得高頻信號(hào) 的相位信息。
[0015] 進(jìn)一步的，第三步利用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法位置估算原理獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位 置；調(diào)節(jié)逆變器實(shí)際產(chǎn)生的高頻注入信號(hào)，使其和期望的高頻注入信號(hào)相位一致，是指：
[0016] 步驟3. 1 :檢測(cè)電機(jī)三相繞組A、B、C中的任意兩相電流，先進(jìn)行克拉克變換得到實(shí) 際兩相靜止α - β坐標(biāo)系下的電流信號(hào)ia和ie，將其送入轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子位置 觀測(cè)器處理后得到估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度?和轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)值^
[0017] 步驟3. 2 :利用S對(duì)檢測(cè)到的兩相靜止α _β坐標(biāo)系下的電流信號(hào)ia和ie進(jìn)行 派克變換，變換到估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)i坐標(biāo)系下的d軸電流響應(yīng)信號(hào)^和q軸電流響應(yīng) 信號(hào)i,。然后，id、i,通過(guò)低通濾波器獲得電流環(huán)反饋信號(hào)G、? ;
[0018] 步驟3.3 :轉(zhuǎn)子位置跟蹤觀測(cè)器輸出的估計(jì)轉(zhuǎn)速?作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，給定轉(zhuǎn)速 ω 與估計(jì)轉(zhuǎn)速?之差作為PI調(diào)節(jié)器輸入，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)獲得給定q軸電流f ;然后，給定q軸 電流f與反饋q軸電流?之差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)之后獲得給定q軸電壓〃Γ ;
[0019] 步驟3. 4 :給定d軸電流0與反饋d軸電流6之差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)之后獲得給定 d軸電壓最后將經(jīng)過(guò)派克逆變換獲得給定的基頻兩相靜止坐標(biāo)系下電壓 〇 、 〃:^、，返回步驟1，直到電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行；
[0020] 步驟3. 5 :位置跟蹤觀測(cè)器的信號(hào)處理流程如下：將實(shí)際兩相靜止a - β坐標(biāo)系下 的電流信號(hào)ia和ie合成電流矢量，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器后獲得高頻電流響應(yīng)i a eh，將ia eh 通過(guò)同軸濾波器得到負(fù)相序高頻電流分量ia eh_in ;
[0021] 步驟3. 6 :將負(fù)相序高頻電流分量ia eh in進(jìn)行外差法處理，解調(diào)后得到估計(jì)位置 偏差/[目號(hào)ε (Δ Θ );
[0022] 步驟3. 7 :ΡΙ為比例積分調(diào)節(jié)器，I為積分調(diào)節(jié)器，構(gòu)建位置偏差閉環(huán)，將估計(jì)位置 偏差信號(hào)ε (△ Θ )作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度?為PI調(diào)節(jié)器的輸出，對(duì)估計(jì) 轉(zhuǎn)子角速度μ積分調(diào)節(jié)得到估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置^返回步驟3. 1，直到估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置收斂為 一恒定值，即為轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)值4。
[0023] 所述第一步對(duì)逆變器三相輸出電壓進(jìn)行采樣，將電壓值變換到兩相靜止坐標(biāo)系 下，是指：
[0024] 設(shè)定d_q為實(shí)際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，為估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，α - β為實(shí)際 兩相靜止坐標(biāo)系，并且定義估計(jì)位置誤差Δ0=各^其中，Θ為實(shí)際轉(zhuǎn)子初始位置，^為最終 初始位置估計(jì)值，4的初始值為0。
[0025] 有益效果：
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào) 注入法中加入相位補(bǔ)償環(huán)節(jié)，消除了逆變器死區(qū)時(shí)間和IGBT寄生電容的影響位置估算精 度的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性；(2)通過(guò)提高其位置估算精度，促進(jìn)了旋轉(zhuǎn)高頻 電壓信號(hào)注入法在高精度場(chǎng)合的運(yùn)用，拓寬了該方法的應(yīng)用范圍；（3)該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可 靠、方便。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0027] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：
[0028] 圖1 一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法；
[0029] 圖2為兩相靜止坐標(biāo)系、實(shí)際兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與估計(jì)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的 相對(duì)關(guān)系不意圖；
[0030] 圖3為α軸高頻注入信號(hào)相位補(bǔ)償信號(hào)提取與調(diào)制過(guò)程的原理框圖；
[0031] 圖4為β軸高頻注入信號(hào)相位補(bǔ)償信號(hào)提取與調(diào)制過(guò)程的原理框圖；
[0032] 圖5為旋轉(zhuǎn)高頻電壓注入法位置信號(hào)提取與調(diào)制過(guò)程的原理框圖；
[0033] 圖6為分別對(duì)α軸和β軸高頻電壓注入信號(hào)補(bǔ)償前后的仿真波形。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 本發(fā)明提供一種提高旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度 的方法，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本 發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定 本發(fā)明。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種提高旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位 置檢測(cè)精度的方法，具體包括以下步驟：
[0036] 步驟1 :建立坐標(biāo)系關(guān)系圖,如圖2所示,d_q為實(shí)際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，為估計(jì) 轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，α-β為實(shí)際兩相靜止坐標(biāo)系，并且定義估計(jì)位置誤差。其 中，Θ為實(shí)際轉(zhuǎn)子初始位置，6為最終初始位置估計(jì)值，^的初始值為0。
[0037] 步驟2:如圖1所示在，兩相靜止坐標(biāo)系的α軸給定電壓<Ρ/中注入高頻余弦電壓
[/," C0s(^V + A仍），β軸給定電壓< 注入高頻正弦電壓sin(eV + A%)，即注入信號(hào)為：
[0038]
【權(quán)利要求】
1. 一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，其步驟包括： 第一步，對(duì)逆變器三相輸出電壓進(jìn)行采樣，將電壓值變換到兩相靜止坐標(biāo)系下； 第二步，提取高頻信號(hào)的相位信息，獲取補(bǔ)償相位； 第三步，調(diào)節(jié)高頻逆變器實(shí)際產(chǎn)生的高頻注入信號(hào)，使其和期望的高頻注入信號(hào)相位 一致；利用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法位置估算原理獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，其特征在 于：第二步所述的提取高頻信號(hào)的相位信息，獲取補(bǔ)償相位，是指： 步驟2. 1 :在兩相靜止坐標(biāo)系的α軸給定電壓中注入高頻余弦電壓 UmhCosial^A9l) β軸給定電壓";f注入高頻正弦電壓RSin(6V + Ap2)，其中，Um為注入 高頻電壓的幅值，為注入高頻電壓的角頻率，t表示當(dāng)前時(shí)刻，Δ(^、Δ%為相位補(bǔ)償值， 初始時(shí)刻t = O時(shí)，Δ?Λ=Δ%=〇 ; 步驟2. 2 :采用空間矢量調(diào)制策略SVPWM得到六路開關(guān)信號(hào)，控制三相逆變器，檢測(cè)由 逆變器產(chǎn)生的三相電壓uA、uB、u。，進(jìn)行克拉克變換得到兩相靜止α-β坐標(biāo)系下的電壓信 號(hào)U a和Ue ; 步驟2. 3 :將兩相靜止α -β坐標(biāo)系下的電壓信號(hào)Ua和U0經(jīng)過(guò)帶通濾波器選出頻率 為的交流分量，即Ct、β軸高頻電壓響應(yīng)Uah和Ueh,再將Uah、U eh分別與通過(guò)相同帶 通濾波器的COS (ω ht)、Sin (ω ht)信號(hào)相乘，得到直流分量和頻率為2 ω h的交流分量，最后 經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除交流分量，提取直流分量，并對(duì)直流分量進(jìn)行調(diào)制獲得高頻信號(hào)的相 位信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，其特征在 于：第三步利用旋轉(zhuǎn)高頻電壓信號(hào)注入法位置估算原理獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子位置；調(diào)節(jié)逆變器實(shí) 際產(chǎn)生的高頻注入信號(hào)，使其和期望的高頻注入信號(hào)相位一致，是指： 步驟3. 1 :檢測(cè)電機(jī)三相繞組A、B、C中的任意兩相電流，先進(jìn)行克拉克變換得到實(shí)際兩 相靜止α - β坐標(biāo)系下的電流信號(hào)ia和ie，將其送入轉(zhuǎn)子位置觀測(cè)器，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)子位置觀測(cè) 器處理后得到估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度?和轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)值\ 步驟3. 2 :利用^對(duì)檢測(cè)到的兩相靜止α -β坐標(biāo)系下的電流信號(hào)ia和ie進(jìn)行派克 變換，變換到估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)J ^坐標(biāo)系下的d軸電流響應(yīng)信號(hào)id和q軸電流響應(yīng)信號(hào) i,。然后，id、iq通過(guò)低通濾波器獲得電流環(huán)反饋信號(hào)0、 步驟3. 3 :轉(zhuǎn)子位置跟蹤觀測(cè)器輸出的估計(jì)轉(zhuǎn)速?作為轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，給定轉(zhuǎn)速ωΜ? 與估計(jì)轉(zhuǎn)速?之差作為PI調(diào)節(jié)器輸入，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)獲得給定q軸電流f .然后，給定q軸電 流Cf與反饋q軸電流ζ之差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)之后獲得給定q軸電壓; 步驟3. 4 :給定d軸電流0與反饋d軸電流< 之差經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)之后獲得給定d軸電壓 "f。最后將經(jīng)過(guò)派克逆變換獲得給定的基頻兩相靜止坐標(biāo)系下電壓，返 回步驟1，直到電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行； 步驟3. 5 :位置跟蹤觀測(cè)器的信號(hào)處理流程如下：將實(shí)際兩相靜止α - β坐標(biāo)系下的電 流信號(hào)i α和ie合成電流矢量，再經(jīng)過(guò)帶通濾波器后獲得高頻電流響應(yīng)i α eh，將i α eh通過(guò) 同軸濾波器得到負(fù)相序高頻電流分量ia eh_in ; 步驟3. 6 :將負(fù)相序高頻電流分量i a eh_in進(jìn)行外差法處理，解調(diào)后得到估計(jì)位置偏差 信號(hào)ε (Δ Θ ); 步驟3. 7 :ΡΙ為比例積分調(diào)節(jié)器，I為積分調(diào)節(jié)器，構(gòu)建位置偏差閉環(huán)，將估計(jì)位置偏差 信號(hào)ε (△ Θ)作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，估計(jì)轉(zhuǎn)子角速度^ SPI調(diào)節(jié)器的輸出，對(duì)估計(jì)轉(zhuǎn)子 角速度?積分調(diào)節(jié)得到估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置&返回步驟3. 1，直到估計(jì)的轉(zhuǎn)子位置收斂為一恒 定值，即為轉(zhuǎn)子位置的估計(jì)值4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的任意一種提高永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度的方法，其 特征在于：所述第一步對(duì)逆變器三相輸出電壓進(jìn)行采樣，將電壓值變換到兩相靜止坐標(biāo)系 下，是指：設(shè)定d-q為實(shí)際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，為估計(jì)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，α-β為實(shí) 際兩相靜止坐標(biāo)系，并且定義估計(jì)位置誤差Δ0=仏^其中，Θ為實(shí)際轉(zhuǎn)子初始位置，4為 最終初始位置估計(jì)值，^的初始值為〇。
【文檔編號(hào)】H02P21/13GK104393811SQ201410594505
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】王龍, 周波, 劉兵, 李潔, 倪天恒 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)