一种永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法与流程

本发明属于电机无位置传感器控制领域，具体涉及一种永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法。

背景技术：

1、在电机运行的全工况覆盖中，静止及零低速阶段的转子位置估计是技术难点。此工况下，电机反电动势信号极度微弱，趋近于零值，导致传统基于反电动势原理设计的磁链观测器失去有效工作基础，无法精准捕捉转子位置信息，进而影响控制精度与系统稳定性。为解决这一问题，行业内普遍采用高频信号注入法，通过向电机绕组注入特定高频信号，利用电机凸极特性产生的高频响应来实现转子位置的间接估算，该方法已成为静止及零低速工况下位置估计的主流方案。

2、然而，当电机转速提升至磁链观测器可正常工作的区间时，需完成从高频信号注入法到磁链观测器控制的模式切换。目前，这一切换过程面临关键技术瓶颈：若切换时机的判断缺乏精准依据，或切换方式设计不合理，极易引发转子角度突变、速度控制环瞬态冲击等问题，严重时甚至会导致电机失步，破坏系统运行的连续性与稳定性。

技术实现思路

1、本发明所提供的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，能有效解决上述背景技术中存在的问题。

2、本发明提供的一种永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，包括：包括以下步骤：

3、s1、在转子静止时，向定子αβ静止坐标系注入幅值斜坡上升的旋转高频电压矢量；

4、s2、采集三相电流并经clark变换得到α、β轴电流，采用q个并行交错的goertzel窗口分别对α、β轴电流进行单频点离散傅里叶变换，在注入频率处提取高频电流的负序分量，解算转子位置二倍角，再除以二并叠加相位偏移补偿，得到转子电角度估计值；

5、s3、对连续多个窗口解算得到的转子电角度估计值进行一致性判定，连续一致达到预设次数时判定角度收敛；

6、s4、在角度收敛后，沿当前估计d轴施加正、负电压脉冲，利用磁路饱和效应比较正、负脉冲对应的d轴电流响应幅值，消除180°极性歧义，得到真实转子电角度；

7、s5、保持高频注入旋转高频电压矢量，并以得到的真实转子电角度作为电流环换向基准，同时后台运行磁链观测器，并以真实转子电角度对观测器的磁链进行初始化；

8、s6、持续监测电机运行状态与观测器工作状态，当同时满足以下两个条件且连续达到预设的去抖判定次数时，判定具备交叉淡化切换条件，进入下一步：

9、1）电机电角速度超过预设的第一阈值；

10、2）磁链观测器输出的观测角度估计值与高频注入解算角度估计值之差小于预设的第二阈值；

11、s7、设置淡化因子k，其值从0线性增大至1，锁相环的参考角度按以下公式计算：

12、

13、其中，为经过滤波处理后的高频注入角度估计值；

14、在淡化因子k线性增大的同时，同步将高频注入电压的目标幅值按(1−k)的比例斜坡减小至零；

15、当淡化因子k达到1时，高频注入电压幅值降至零，关闭高频注入模块，电机完全切换至纯磁链观测器运行模式，整个静止启动与平滑切换流程完成。

16、作为本发明的进一步优化，步骤s1中注入的电压幅值amp采用指数逼近方式实现软启动，并对对相位步进量按照以下公式施加扩频抖动：

17、

18、其中，为每个控制周期的相位步进量，δ为抖动系数，为当前旋转高频矢量在αβ平面的角度，为抖动频率。

19、作为本发明的进一步优化，步骤s2中的相位偏移补偿量根据转子电角速度进行动态调整，在静止相位偏移值与转动相位偏移值之间线性插值，补偿转速升高时因驱动电流饱和与反电动势引起的负序分量相位偏移。

20、作为本发明的进一步优化，步骤s2中，q个并行交错的goertzel窗口的启动延时满足，其中n为单窗口采样点数，q为窗口序号。

21、作为本发明的进一步优化，步骤s4结束后，输出零电压并持续预设的控制周期，对电机绕组中的残余电流进行泄放，泄放时间不小于电机电气时间常数的3倍。

22、作为本发明的进一步优化，步骤s6中，第一阈值为60rad/s，第二阈值为1.0rad。

23、作为本发明的进一步优化，步骤s6中，持续比较本次与上次高频注入解算角度估计值，若两次角度跳变超过π/2，则对当前角度估计值补π。

24、本发明提供的一种永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，通过将交叉淡化对象设定为锁相环参考而非输出角度，使切换过程中锁相环输出速度连续，切换平滑、合理，避免了转子角度突变、速度控制环瞬态冲击等问题。同时，本发明还兼顾了角度更新率与信噪比，还可消除高频注入法的固有180°极性歧义，还解决了高频注入电压在启动瞬间的突变以及单一频率的能量集中造成的可闻噪声的问题。

1.一种永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，步骤s1中注入的电压幅值amp采用指数逼近方式实现软启动，并对对相位步进量按照以下公式施加扩频抖动：

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，步骤s2中的相位偏移补偿量根据转子电角速度进行动态调整，在静止相位偏移值与转动相位偏移值之间线性插值，补偿转速升高时因驱动电流饱和与反电动势引起的负序分量相位偏移。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，步骤s2中，q个并行交错的goertzel窗口的启动延时满足，其中n为单窗口采样点数，q为窗口序号。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，步骤s4结束后，输出零电压并持续预设的控制周期，对电机绕组中的残余电流进行泄放，泄放时间不小于电机电气时间常数的3倍。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，步骤s6中，第一阈值为60rad/s，第二阈值为1.0rad。

7.根据权利要求1所述的永磁同步电机高频注入至磁链观测器的平滑切换方法，其特征在于，步骤s6中，持续比较本次与上次高频注入解算角度估计值，若两次角度跳变超过π/2，则对当前角度估计值补π。