[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

说明书

本发明公开了一种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，属于无位置传感器控制技术领域。本发明的注入系统包括：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、Clark变换模块、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/角度计算模块、转速误差模块、d轴电流误差模块、d轴电流PI模块、q轴电流误差模块、高频信号注入模块、Park逆变换模块等。本发明能实现电机在低速情况下的无位置运行，获得预估转子位置信号，在旋转高频信号注入法的基础上，降低了低通滤波器的使用，简化了信号提取过程，在响应速度以及信号提取精度上具有优越性。

技术领域

本发明涉及一种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，属于无位置传感器控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机以其体积小、效率高、功率密度高和易控制、使用周期长和可靠性强等特点在伺服驱动领域具有主流优势，在要求高控制精度和高可靠性的场合如舰船推进、数控机床、机车牵引、电动汽车和家用电器等许多领域获得极为广泛的应用，成为各国学者的研究热点。

在电动工具领域，其体积要求及工作环境较为复杂，而传统的位置式传感器难以满足其加工精度以及工作要求，所以无位置技术显得尤为重要。为了满足低速下转子位置跟踪稳定、带载能力强等条件，选用了旋转高频信号注入法作为方案。

旋转高频信号注入法由于需要额外注入高频信号，同时转子位置信号中夹杂直流分量，基频以及高频信号波，因此，如何准确提取所需信号频率显得尤为重要。传统的信号提取方法是通过在电机两相静止坐标系下分别注入频率相同的高频余弦信号和正弦信号，形成与注入信号频率一致的圆形旋转磁场。检测该激励信号产生的电流响应，通过设计特定的信号处理，最终获得转子位置与转速信息，实现无位置传感器控制。该方法引入带通、低通等滤波器，经过调制输出信号幅值。由于提取方法存在带通、低通滤波器，引入了幅值误差以及相位偏移，且造成了软件延时，系统相对复杂等问题。同时，提取效果完全取决于滤波器的处理效果，因而提取效果不佳。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种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，通过建立倍角坐标系并通过简单三角函数计算来实现高频信号幅值的提取方法。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于倍角坐标系的旋转高频信号注入系统，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/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/角度计算模块顺序连接，所述速度/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；