一种永磁同步电机的初始状态检测方法与流程

1.本发明转子初始状态检测技术领域，更具体地说，本发明涉及一种永磁同步电机的初始状态检测方法。


背景技术：

2.永磁同步电机具有高功率密度、高转矩电流比的特点，无位置传感器控制技术能够有效减小系统体积和成本，增加系统可靠性，并能够在高温、高湿等恶劣环境场合应用，根据转速适用范围不同，无位置传感器 pmsm 控制技术主要可分为两类：一类适用于中高速运行，主要利用基频激励的反电动势或者磁链信息进行转子位置估计，另一类适用于低速运行，利用电极凸极特性获取转子位置信息，即凸极跟踪法，该方法能够有效观测转子位置，却不能实现磁极极性辨识。
3.在无位置传感器 pmsm 矢量控制系统中，电机所产生的最大起动转矩与磁极初始位置的准确辨识程度有关，如果磁极初始位置误差过大，那么电机带载能力受到限制，甚至出现反转现象，极端情况下会导致起动失败，因此，对于高性能无位置传感器 pmsm 矢量控制系统，转子初始位置的准确辨识极为重要。
4.多种 pmsm 转子初始位置估计方法相继被提出，利用基于凸极追踪的方法观测转子位置，然后利用短脉冲电压注入法以及二次谐波分量法辨识磁极极性，采用一种基于混合信号注入的 ipmsm 改进转子磁极初始位置估计方法，通过注入高频旋转电压信号的方法检测磁极位置；以磁极位置初定值为矢量角，采用短脉冲注入法，往定子绕组注入两个方向相反的脉冲电压矢量，通过比较激励的 d 轴电流大小可以简单、有效地判断出磁极极性。该方法鲁棒性较强，然而短脉冲注入法难以确定脉冲宽度和幅值、实现困难；且该方法是独立于高频注入法磁极位置估计的辨识过程，使得高频注入法被迫中断、无持续性，因此该方法无法实现自由运行条件下初始位置检测。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种永磁同步电机的初始状态检测方法，通过脉振方波信号注入方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括信号注入模块、位置跟踪模块，磁极判别模块以及检测模块，所述信号注入模块将高频信号注入电机，所述位置跟踪模块对高频电流响应进行离散化处理，利用傅里叶分解将离散的方波信号分解为正弦信号之后，用连续函数的解调方法得到转子位置信息，所述磁极判别模块通过方波电压信号注入法能够获得转子位置信息，所述检测模块将注入的高频方波电压与矢量控制中电流调节器的输出叠加，经过微分环节得到当前时刻速度的估计值，实现转子位置的准确检测。
7.在一个优选地实施方式中，所述信号注入模块将高频激励信号注入电机后，频率大大高于电机基波频率，在两相旋转坐标系下的定子电压方程为：=，
向坐标系中注入高频方波电压信号，这个信号可以表示为=，式中，为注入方波的幅值，为单位方波函数，表达式为：=式中，t为方波周期，为t除以t的余数，定义估计误差a=
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，实际转子位置a，估算转子位置
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和估算误差a之间的关系如图3所示，图3中da为实际旋转的坐标系，db为估计旋转坐标系，=t()== =t()式中，、和、为估计旋转坐标系轴的电压和电流，坐标系轴的高频电流响应为：=，其中z=其中z=；在一个优选地实施方式中，所述位置跟踪模块对高频电流响应进行离散化处理，在1/2个注入周期内计算差分电流，采样频率为注入频率的两倍，利用傅里叶分解将离散的方波信号分解为正弦信号之后，高频电流响由正弦基波及高次谐波构成，用连续函数的解调方法得到转子位置信息，无需计算差分电流，当z≠0坐标系轴电感不相等时，估计的d、q轴的高频电流响应与转子位置角有关，当位置误差为零时，有=0，对进行解调，分离出转子位置误差信息，将误差作为观测器的输入，得出估计的转子位置角，对进行傅里叶分解以及一系列运算可得：==sin(2).=asin(2).=asin(2).=asin(2).通过检测与位置误差有关的高频响应电流，能够得到转子位置角和转速，将检测到的经过带通滤波器选通，将取相反数后与cos()相乘再经过低通滤波器，能够得到含有位置误差信息的f()，将偏差调整到0，就能实现转子位置的准确跟踪，构建
单位负反馈系统，通过p1调节器将位置误差调节到0，包含了电机的转矩分量和逆变器产生的开关谐波分量，将与调制信号相乘，转矩分量为常数，与高频调制分量相乘后得到的仍然是高频分量，能被低通滤波器滤除，将离散分波分解为不同频率正弦波之和，用连续信号的解调方法得到转子位置信息，无需对电流进行离散差分运算，在简化采样，计算流程的同时保证了系统的检测精度和带宽。
8.在一个优选地实施方式中，所述磁极判别模块通过方波电压信号注入法能够获得转子位置信息，利用磁路的饱和效应，在方波注入磁极位置辨识后，改变d轴电流偏置给定方向，通过比较d轴高频电流响应幅值大小完成磁极极性辨识。
9.在一个优选地实施方式中，所述检测模块将注入的高频方波电压与矢量控制中电流调节器的输出叠加，经过逆变器送入空间矢量脉宽调制器，通过电流传感器检测出三相电流响应，经过clarke变换得到，将与cos()相乘后得到位置误差f()，将位置误差送入pi调节器，得到转子位置初始值，经过微分环节得到当前时刻速度的估计值，实现转子位置的准确检测。
10.本发明的技术效果和优点：本发明采用脉振方波信号注入方法，注入方波能提高注入信号频率到开关频率的一半，省去用于降低噪声的低通滤波器，一定程度上提高了响应速度，基于高频方波信号注入的算法，保留了方波注入法注入频率高的优点，利用傅里叶分解将原本只能用于正弦信号注入法中的连续信号的解调方法用于方波注入法中，无需计算差分电流对采样频率和采样点的精确度要求不高，节省了处理器的资源，减少了运算量，降低了系统对于检测误差的敏感性，并且具有较高的估计精度。
附图说明
11.图1为本发明的系统结构框图。
12.图2为本发明的系统流程图。
13.图3为本发明的算法流程图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例1本实施例提供了如图2所示的一种医学检查识别信号的方法，包括信号注入模块、位置跟踪模块，磁极判别模块以及检测模块，所述信号注入模块将高频信号注入电机，所述位置跟踪模块对高频电流响应进行离散化处理，利用傅里叶分解将离散的方波信号分解为正弦信号之后，用连续函数的解调方法得到转子位置信息，所述磁极判别模块通过方波电压信号注入法能够获得转子位置信息，所述检测模块将注入的高频方波电压与矢量控制中电流调节器的输出叠加，经过微分环节得到当前时刻速度的估计值，实现转子位置的准确
检测。
16.如图2所示，本发明提供一种医学检查识别信号的方法，具体实施如下：101、将高频信号注入电机；本实施例中具体需要说明的是信号注入模块，所述信号注入模块将高频激励信号注入电机后，频率大大高于电机基波频率，在两相旋转坐标系下的定子电压方程为：=，向坐标系中注入高频方波电压信号，这个信号可以表示为=，式中，为注入方波的幅值，为单位方波函数，表达式为：=式中，t为方波周期，为t除以t的余数，定义估计误差a=
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，实际转子位置a，估算转子位置
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和估算误差a之间的关系如图3所示，图3中da为实际旋转的坐标系，db为估计旋转坐标系，=t()== =t()式中，、和、为估计旋转坐标系轴的电压和电流，坐标系轴的高频电流响应为：=，其中z=其中z=102、对高频电流响应进行离散化处理，利用傅里叶分解将离散的方波信号分解为正弦信号之后，用连续函数的解调方法得到转子位置信息；本实施例中，具体需要说明的是位置跟踪模块，所述位置跟踪模块对高频电流响应进行离散化处理，在1/2个注入周期内计算差分电流，采样频率为注入频率的两倍，利用傅里叶分解将离散的方波信号分解为正弦信号之后，高频电流响由正弦基波及高次谐波构成，用连续函数的解调方法得到转子位置信息，无需计算差分电流，当z≠0坐标系轴轴电感不相等时，估计的d、q轴的高频电流响应与转子位置角有关，当位置误差为零时，有=0，对进行解调，分离出转子位置误差信息，将误差作为观测器的输入，得出估计的转子位置角，对进行傅里叶分解以及一系列运算可得：==sin(2).
=asin(2).=asin(2).=asin(2).通过检测与位置误差有关的高频响应电流，能够得到转子位置角和转速，将检测到的经过带通滤波器选通，将取相反数后与cos()相乘再经过低通滤波器，能够得到含有位置误差信息的f()，将偏差调整到0，就能实现转子位置的准确跟踪，构建单位负反馈系统，通过p1调节器将位置误差调节到0，包含了电机的转矩分量和逆变器产生的开关谐波分量，将与调制信号相乘，转矩分量为常数，与高频调制分量相乘后得到的仍然是高频分量，能被低通滤波器滤除，将离散分波分解为不同频率正弦波之和，用连续信号的解调方法得到转子位置信息，无需对电流进行离散差分运算，在简化采样，计算流程的同时保证了系统的检测精度和带宽。
17.103、通过方波电压信号注入法能够获得转子位置信息；本实施例中，具体需要说明的是磁极判别模块，所述磁极判别模块通过方波电压信号注入法能够获得转子位置信息，利用磁路的饱和效应，在方波注入磁极位置辨识后，改变d轴电流偏置给定方向，通过比较d轴高频电流响应幅值大小完成磁极极性辨识。
18.104、将注入的高频方波电压与矢量控制中电流调节器的输出叠加，经过微分环节得到当前时刻速度的估计值，实现转子位置的准确检测；本实施例中，具体需要说明的是检测模块，所述检测模块将注入的高频方波电压与矢量控制中电流调节器的输出叠加，经过逆变器送入空间矢量脉宽调制器，通过电流传感器检测出三相电流响应，经过clarke变换得到，将与cos()相乘后得到位置误差f()，将位置误差送入pi调节器，得到转子位置初始值，经过微分环节得到当前时刻速度的估计值，实现转子位置的准确检测。
19.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。