[发明专利]基于无滤波器的永磁同步电机转子初始位置辨识方法

说明书

本发明涉及一种无滤波器的永磁同步电机转子初始位置辨识方法，属于电机控制领域。为了解决现有的永磁同步电机转子初始位置辨识过程中存在的精度低、辨识结果受注入信号幅值和频率影响和滤波器对系统稳定性的影响的问题。本发明方法是向电机定子绕组中注入高频脉振信号，对响应电流经过坐标变换和信号处理得到位置偏差信号，对位置偏差信号进行锁相得到转子位置初次辨识结果通过磁路饱和效应对转子N、S磁极极性进行辨识，得到转子初始位置辨识值。辨识过程中去除了滤波器的使用，能够有效抑制滤波器对系统带宽和稳定性的影响，去除注入信号的幅值和频率对辨识精度的影响，算法简单，可靠性强。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种无滤波器的永磁同步电机转子初始位置辨识方法。

背景技术

永磁电机由于不具有自启动能力，在启动时需要获得有效的转子初始位置，在初始位置不准确时，会出现电机无法以最大转矩启动，甚至“反转”现象，从而造成启动失败。因此，精确地对初始位置进行辨识是永磁同步电机正常启动的关键。

目前转子初始位置辨识方法可分为旋转辨识方法和静止辨识方法两种。中国发明专利CN 108683371 A于2018年10月19日公布的《转子磁极初始位置辨识方法、装置、系统及电机驱动设备》，采用旋转辨识方法，具体步骤是向电机绕组中注入低频电压脉冲信号，对采集的正序峰值电流及负序峰值电流进行计算，得到转子磁极初始位置。该方法的缺点是：辨识过程中电机需要转动，限制了其使用领域；信号注入及响应电流处理过程复杂，实用性差。

为了实现转子位置静止状态辨识，有学者提出高频信号注入方法，利用电机结构凸极特性或饱和凸极特性进行初始位置辨识。

高频信号注入法是向电机定子绕组中注入高频信号，通过对高频电流响应信号进行处理得到转子位置信息。传统方法中分离高频信号多采用滤波器对高频信号进行滤波，如中国发明专利CN 106374805 A于2017年2月1日公开的《永磁同步电机转子静止状态初始位置辨识方法及装置》提出的方法是向电机绕组中注入高频旋转信号，对采样的电流进行帯通滤波，提取高频电流分量中的负序分量，通过反正切算法得到高频注入位置估计值。使用滤波器分离高频信号方法的缺点是，由于滤波环节的存在，会影响系统带宽，且高阶滤波器的使用会过多占用系统资源，工程实用性差。

发明内容

针对滤波环节对永磁同步电机转子初始位置辨识过程中产生的动态性能差、辨识结果易受注入信号影响等问题，本发明提出了无滤波器的永磁同步电机转子初始位置辨识方法，向电机定子绕组中注入高频脉振信号，对响应电流经过坐标变换和信号处理得到位置偏差信号，对位置偏差信号进行锁相得到转子位置初次辨识结果

本发明的技术方案涉及一种无滤波器的永磁同步电机转子初始位置辨识方法，向电机定子绕组中注入高频脉振信号，采样得到三相绕组电流i_a，i_b，i_c，对三相绕组电流进行坐标变换和信号处理，得到转子位置初次辨识结果对磁极极性进行辨识，利用辨识结果进行极性补偿，得到电机转子的初始位置具体包括以下步骤：

步骤1，永磁同步电机在估计坐标系中的估计直轴和估计交轴注入高频脉振电压信号，如下式所示：

其中V_h为高频脉振信号电压幅值，ω_h为信号频率，t为注入高频信号时间；

步骤2，将采样得到的三相定子绕组电流i_a，i_b，i_c变换到估计坐标系中，得到估计直轴电流和估计交轴电流其中估计直轴与直轴a的角度差为

步骤3，将估计坐标系电流和进行运算，通过锁相环得到转子位置初次估计值以及步骤4，利用磁路饱和效应对转子N极和S极磁极极性进行辨识，对转子位置初次估计值进行磁极补偿，获得电机转子的初始位置辨识值