[发明专利]基于倍角坐标系的旋转高频信号注入系统及位置提取方法

权利要求书

1.一种基于倍角坐标系的旋转高频信号注入系统，其特征在于，包括：电源电路、整流器、逆变器、永磁同步电机、电机负载模块、电机电流采集模块、电机电压采集模块、第一Clark变换模块、第二Clark变换模块、第一Park变换模块、第二Park变换模块、倍角坐标系分析计算模块、响应电流信号分析模块、转子位置提取模块、速度与角度计算模块、转速误差模块、转速PI模块、d轴电流误差模块、d轴电流PI模块、q轴电流误差模块、q轴电流PI模块、高频信号注入模块、Park逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块和低通滤波器模块；其中：所述电源电路、整流器、逆变器、永磁同步电机和电机负载模块顺序连接，所述d轴电流误差模块、d轴电流PI模块、Park逆变换模块和空间矢量脉宽调制模块顺序连接，所述转速误差模块、转速PI模块、q轴电流误差模块、q轴电流PI模块和Park逆变换模块顺序连接，所述电机电流采集模块、第一Clark变换模块、第一Park变换模块、低通滤波器模块和q轴电流误差模块顺序连接，所述电机电压采集模块、第二Clark变换模块、倍角坐标系分析计算模块、响应电流信号分析模块和转子位置提取模块顺序连接，所述第二Park变换模块、转子位置提取模块、速度与角度计算模块顺序连接，所述速度与角度计算模块分别与转速误差模块、Park逆变换模块、第一Park变换模块、第二Park变换模块连接，所述高频信号注入模块分别与Park逆变换模块、第二Park变换模块连接；

所述电源电路为单相交流电源，用于为整流器提供单相交流电；

所述整流器为单相不控整流器，用于将单相输入交流电整流为直流电，并向逆变器供电；

所述逆变器为三相电压源型逆变器，用于接收空间矢量脉宽调制模块的电压脉冲，并根据电压脉冲控制永磁同步电机；

所述电机负载模块为外部负载，用于永磁同步电机加载/卸载；

所述电机电流采集模块用于采集永磁同步电机三相电流，并发送至第一Clark变换模块；

所述电机电压采集模块用于采集永磁同步电机三相电压，并发送至第二Clark变换模块；

所述第一Clark变换模块用于将永磁同步电机三相电流转换为α、β轴电流，并发送至第一Park变换模块和倍角坐标系分析计算模块；所述第二Clark变换模块用于将电机三相电压转换为α、β轴电压，并发送至倍角坐标系分析计算模块；

所述第一Park变换模块用于将α、β轴电流转换为d轴估计电流、q轴估计电流并发送至低通滤波器模块；所述第二Park变换模块用于将预估d、q轴高频注入电压转换为d轴实际高频电压、q轴实际高频电压并发送至转子位置提取模块；

所述低通滤波器模块用于将d轴估计电流、q轴估计电流滤除高频电流成分，得到d轴基波电流、q轴基波电流，并发送至d轴电流误差模块、q轴电流误差模块；

所述倍角坐标系分析计算模块用于将α、β轴电流和电压进行分析计算，得到倍角坐标系γ、δ轴高频响应电流及α、β轴高频响应电流，并发送至响应电流信号分析模块；所述倍角坐标系定义如下：

通过将α和β轴逆时针旋转2θ_e来建立新的测量旋转坐标系，记为γ、δ坐标系，即为倍角坐标系，其中γ轴超前同步旋转坐标轴d轴θ_e度，δ轴超前同步旋转坐标轴q轴θ_e度；

假设α、β轴高频响应电流为i_αh、i_βh，γ、δ轴高频响应电流为i_γh、i_δh，则两者关系表示为式(1)：

式中，θ_e为磁极位置电角度，即同步旋转坐标d、q轴与静止坐标轴α、β轴之间的角度；

所述响应电流信号分析模块用于将γ、δ轴高频响应电流与α、β轴高频响应电流进行分析与计算，得到包含转子位置信息的混合信号，并发送至转子位置提取模块；

所述转子位置提取模块用于将包含转子位置信息的混合信号处理后得到转子位置正余弦信号，并发送至速度与角度计算模块；

所述速度与角度计算模块用于将转子位置正余弦信息通过相应计算，得到预估转子转速、角度及角度误差信息，并将预估转子转速发送至转速误差模块，将角度发送至Park逆变换模块和第一Park变换模块，将角度误差发送至第二Park变换模块；

所述转速误差模块用于将给定转速与所述速度与角度计算模块计算得到的预估转子转速对比，得到转速误差，并将其发送至转速PI模块；

所述转速PI模块用于将转速误差进行PI调节，得到q轴给定电流，并发送至q轴电流误差模块；

所述d轴电流误差模块用于将d轴给定电流与d轴基波电流对比，得到d轴电流误差，并将其发送至d轴电流PI模块；

所述q轴电流误差模块用于将q轴给定电流与q轴基波电流对比，得到q轴电流误差，并将其发送至q轴电流PI模块；

所述d轴电流PI模块用于将d轴电流误差进行PI调节，得到d轴估计电压，并发送至Park逆变换模块；

所述q轴电流PI模块用于将q轴电流误差进行PI调节，得到q轴估计电压，并发送至Park逆变换模块；

所述高频信号注入模块用于给电机预估d、q轴注入高频信号，发送到Park逆变换模块及第二Park变换模块；

所述Park逆变换模块用于将d、q轴电压转换为α轴电压、β轴电压，并发送至空间矢量脉宽调制模块；

所述空间矢量脉宽调制模块用于根据α、β轴电压、母线电压计算得到电压脉冲，并发送至逆变器。