一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法

1、說 明 書 摘 要本發(fā)明公開一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法，步驟是：首先利用脈振高頻電壓注入法得到初次估計的轉(zhuǎn)子位置，然后在初次估計的交軸上注入一個正方向擾動信號，再估計轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)估計得到的轉(zhuǎn)速方向判斷磁極極性，得到電機轉(zhuǎn)子初始位置。此種方法可解決脈振高頻電壓信號注入法檢測轉(zhuǎn)子初始位置時磁極極性的收斂問題，無需在直軸上注入正負(fù)方向的脈沖電流，可以有效地實現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始位置估算。1摘 要 附 圖權(quán) 利 要 求 書1、一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法，其特征在于包括如下步驟：（1）在估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻電壓信號，給定軸電壓；（2）檢測電機的兩相電流，并經(jīng)過Clarke和P

2、ark坐標(biāo)系變換，得到估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸電流，并依照以下步驟估計轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速：首先，將檢測得到的軸電流乘以調(diào)制信號；然后，對相乘后所得的信號低通濾波，得到軸電流的幅值信號；最后，對該幅值信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到估計轉(zhuǎn)速，對估計轉(zhuǎn)速積分得到估計的轉(zhuǎn)子位置；（3）重復(fù)步驟（2），直至估計的轉(zhuǎn)子位置收斂為一恒定值，即為初次估計的轉(zhuǎn)子位置；（4）在估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻電壓信號，在軸注入一個正方向擾動信號，重復(fù)步驟（2），直至電機轉(zhuǎn)過一定角度，；（5）根據(jù)步驟（3）估計得到的轉(zhuǎn)速方向判斷磁極極性，當(dāng)轉(zhuǎn)速為正時，收斂的磁極極性為N極，轉(zhuǎn)子初始位置；當(dāng)轉(zhuǎn)速為負(fù)時，收斂的磁極極性為S極，轉(zhuǎn)子

3、初始位置。2、如權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法，其特征在于：所述步驟（1）中，采用轉(zhuǎn)子的估計位置進(jìn)行Park逆變換，獲得實際兩相靜止坐標(biāo)系下電壓的給定值和。說 明 書一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于永磁電機控制領(lǐng)域，特別涉及一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法。背景技術(shù)永磁同步電機無論是采用直接轉(zhuǎn)矩控制還是矢量控制，都需要精確地獲取轉(zhuǎn)子的位置。傳統(tǒng)的檢測電機轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的方法中，多采用機械傳感器，如光電編碼器或者旋轉(zhuǎn)變壓器等，使得永磁同步電動機系統(tǒng)不能在一些環(huán)境惡劣的特殊場合里可靠地工作，如航天、水下及空調(diào)壓縮機等領(lǐng)域。因此，無位置傳感器控制

4、技術(shù)應(yīng)運而生。目前，無位置傳感器控制技術(shù)根據(jù)基本原理可以分為兩大類：一類基于電機反電勢的基波模型，適用于中高速領(lǐng)域；另一類多為基于電機諧波模型，利用電機結(jié)構(gòu)的物理特性或電感的飽和特性，適用于低速（零速）領(lǐng)域。眾所周知，后者的實現(xiàn)難度較前者要高，是無位置傳感器技術(shù)的關(guān)鍵。永磁同步電機分為凸極式和隱極式兩種形式，轉(zhuǎn)子磁鋼表貼式永磁同步電機屬于隱極式，其特點為：通常情況下，交軸和直軸電感近似相等，即。但有研究表明，在直軸上施加一定的勵磁電流，隨著電機磁路的飽和，會導(dǎo)致直軸電感變小，此時電機對外呈現(xiàn)出，稱為電感飽和凸極。據(jù)此，韓國學(xué)者I. H. Jung等提出了脈動高頻電壓信號注入法無位置傳感器控制技

5、術(shù)，在估計的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系直軸上注入高頻正弦電壓信號，利用電機的凸極（表貼式為飽和凸極），使得估計的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系交軸上產(chǎn)生了一個和估算位置誤差相關(guān)的高頻響應(yīng)電流信號，設(shè)計位置估算系統(tǒng)，從該高頻響應(yīng)電流信號中獲取轉(zhuǎn)子位置。在應(yīng)用脈動高頻電壓信號注入法作轉(zhuǎn)子初始位置檢測時，估計位置既可能收斂于電機轉(zhuǎn)子磁極的N極，也有可能收斂于電機磁極的S極，因此需要對估算轉(zhuǎn)子初始位置的磁極極性進(jìn)行判斷。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，在于提供一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法，其可解決脈振高頻電壓信號注入法檢測轉(zhuǎn)子初始位置時磁極極性的收斂問題，無需在直軸上注入正負(fù)方向的脈沖電流，可以有效地實現(xiàn)轉(zhuǎn)子初始位置估算。為了達(dá)

6、成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法，包括如下步驟：（1）在估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻電壓信號，給定軸電壓；（2）檢測電機的兩相電流，并經(jīng)過Clarke和Park坐標(biāo)系變換，得到估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸電流，并依照以下步驟估計轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速：首先，將檢測得到的軸電流乘以調(diào)制信號；然后，對相乘后所得的信號低通濾波，得到軸電流的幅值信號；最后，對該幅值信號進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，得到估計轉(zhuǎn)速，對估計轉(zhuǎn)速積分得到估計的轉(zhuǎn)子位置；（3）重復(fù)步驟（2），直至估計的轉(zhuǎn)子位置收斂為一恒定值，即為初次估計的轉(zhuǎn)子位置；（4）在估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻電壓信號，在軸注入一個正

7、方向擾動信號，重復(fù)步驟（2），直至電機轉(zhuǎn)過一定角度，；（5）根據(jù)步驟（3）估計得到的轉(zhuǎn)速方向判斷磁極極性，當(dāng)轉(zhuǎn)速為正時，收斂的磁極極性為N極，轉(zhuǎn)子初始位置；當(dāng)轉(zhuǎn)速為負(fù)時，收斂的磁極極性為S極，轉(zhuǎn)子初始位置。上述步驟（1）中，采用轉(zhuǎn)子的估計位置進(jìn)行Park逆變換，獲得實際兩相靜止坐標(biāo)系下電壓的給定值和。采用上述方案后，本發(fā)明具有以下改進(jìn)：（1）本發(fā)明在利用脈振高頻電壓注入法作初始位置初次估算的基礎(chǔ)上，利用注入的轉(zhuǎn)矩擾動分量，使電機產(chǎn)生一個機械的擾動，根據(jù)此時估算的電機轉(zhuǎn)速來判斷轉(zhuǎn)子磁極的極性，實現(xiàn)永磁同步電機任意初始位置的位置估計；（2）本發(fā)明無需準(zhǔn)確地電機參數(shù)和額外的硬件電路，系統(tǒng)簡單穩(wěn)定，相

8、比較在直軸上注入正負(fù)脈沖電壓判斷磁極極性的方法，本發(fā)明對電機轉(zhuǎn)子增磁去磁影響??；且僅就磁極極性判斷而言，本發(fā)明不依賴于電機的凸極（包括飽和凸極）性，完全可以移植于其它的磁極極性判斷方法上，具有良好的實用價值。附圖說明圖1是本發(fā)明的原理框圖；圖2是兩相靜止坐標(biāo)系、實際兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與估算兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的相對關(guān)系示意圖；圖3是本發(fā)明中位置速度估計調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意圖。具體實施方式以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明提供一種永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的判斷方法，包括如下步驟：（1）建立坐標(biāo)系關(guān)系圖，如圖2所示，為實際同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，為估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，為實際兩相靜止坐標(biāo)系，

9、并且定義估計位置誤差，其中，為實際位置，為估計位置，且的初始值為0；（2）在估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻電壓信號，作為軸電壓給定，其中，表示注入信號的電壓幅值，表示注入信號的角頻率，軸電壓，采用轉(zhuǎn)子的估計位置進(jìn)行Park逆變換，獲得實際兩相靜止坐標(biāo)系下電壓的給定值和；對實際兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓給定值進(jìn)行SVPWM調(diào)制，得到六個驅(qū)動信號，控制三相全橋逆變器，向永磁同步電機定子繞組中注入電壓信號；（3）通過檢測電機的兩相電流和，經(jīng)過Clarke得到實際兩相靜止坐標(biāo)系下的電流和，再利用估計位置進(jìn)行Park坐標(biāo)系變換，得到估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的、軸電流，其中軸電流用于估計轉(zhuǎn)子的位置與轉(zhuǎn)速。位置和

10、轉(zhuǎn)速估計系統(tǒng)如圖3所示：首先，將檢測得到的軸電流乘以調(diào)制信號，并經(jīng)過低通濾波器（LPF），得到軸電流的幅值信號，即轉(zhuǎn)子位置估計PI調(diào)節(jié)器所需要的輸入量，使輸入量與估算轉(zhuǎn)子誤差有關(guān)；對該幅值信號進(jìn)行比例-積分（PI）調(diào)節(jié)控制，使得，將此時PI調(diào)節(jié)器的輸出作為估計轉(zhuǎn)速，估計轉(zhuǎn)速積分得到估計的轉(zhuǎn)子位置；（4）重復(fù)步驟（2）和步驟（3），直至電機估算的位置收斂為一恒定值保持不變，將此時的位置作為初次估計的轉(zhuǎn)子位置；（5）在估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的軸上注入高頻電壓信號，作為軸電壓給定；軸注入一個正方向擾動信號，作為軸給定，采用估計的轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)行Park逆變換，獲得實際兩相靜止坐標(biāo)系下電壓的給定值和；對實際兩相靜止坐標(biāo)系下電壓的給定值進(jìn)行SVPWM調(diào)制，得到六個驅(qū)動信號，控制三相全橋逆變器，向永磁同步電機定子繞組中注入電壓信號；（6）通過檢測電機的兩相電流和，經(jīng)過Clarke得到實際兩相靜止坐標(biāo)系下的電流和，再利用估計位置進(jìn)行Park坐標(biāo)系變換，得到估計同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的、軸電流，其中軸電流用于估計轉(zhuǎn)子的位置與轉(zhuǎn)速；（7）重復(fù)執(zhí)行步驟（5）和步驟（6），直至電機轉(zhuǎn)過微小的角度，；此處并不刻意限定電機轉(zhuǎn)過角度的數(shù)值范圍，只要能判斷出電機轉(zhuǎn)動即可；（