[发明专利]采用脉振正弦电压扫描的永磁同步电机初始位置检测方法

说明书

本发明提供了一种永磁同步电机初始位置辨识方法，该方案利用永磁同步电机的磁路饱和效应，通过注入一系列不同角度的脉振正弦电压，检测其响应电流并作简单的代数计算与比较即可得到初始位置估计值。与其他高频脉振电压注入法相比，该方案省去了复杂的滤波器和锁相环，并且在位置辨识过程中可以直接得到磁极极性，无需额外的极性判断环节，具有算法简单、稳定性强、适用范围广等优点。本发明保持了高频脉振电压注入法的优点，对于凸极式电机和隐极式永磁同步电机均可适用。

技术领域

本发明涉及变频器及永磁同步电机驱动控制领域，尤其涉及一种采用脉振正弦电压扫描的初始位置辨识方法，该方法无需光电编码器或者旋转变压器等位置传感器，对于凸极式或隐极式永磁同步电机均可适用。

背景技术

转子初始位置检测对永磁同步电机的成功平稳起动非常重要，如果转子初始位置检测错误，会降低电机的起动转矩，甚至在起动时会出现电机反转现象。大部分无位置传感器的转子初始位置检测都是基于永磁同步电机的凸极特性，内置式永磁同步电机转子本身具有凸极结构，表现出结构性凸极，也称为凸极式永磁同步电机；表贴式永磁同步电机的非线性磁路饱和效应会形成“小凸极”特性，表现出饱和性凸极，此类电机也称为隐极式永磁同步电机。

传统的高频脉振正弦电压注入法利用转子永磁体凸极特性,在电机的同步旋转坐标系d轴注入高频正弦电压信号，由于d、q轴电感的差异，会在电机定子侧产生包含转子磁极位置信息的高频电流响应信号，对该高频电流响应信号进行合适地信号处理，可在180°范围内预估转子磁极位置角，通常再配合相应的磁极极性判断方法，即可准确得到磁极位置。该方法具有较高的辨识精度，并且可应用于隐极式永磁同步电机，但是其转子磁极位置信息解析过程复杂，一般需要设计滤波器、锁相环或龙伯格观测器，带来了相位滞后和电机参数敏感等问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种采用脉振正弦电压扫描的永磁同步电机初始位置检测方法，通过向不同的角度注入脉振正弦电压，比较其响应的电流峰峰值大小即可直接判断出转子位置所在区间和磁极极性。该方案不依赖电机参数，无需复杂的位置信息解析和特殊的极性判断过程，并对凸极式电机和隐极式电机均可适用。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采用脉振正弦电压扫描的永磁同步电机初始位置检测方法，包括以下步骤：

S01)、在虚拟同步旋转坐标系的d轴注入给定频率和幅值的脉振正弦电压信号，q轴注入电压为0，即注入虚拟d-q轴的电压表达式为：

其中v_inj为注入电压信号的幅值，f为注入电压信号的频率，t为时间；

S02)、定义永磁同步电机的定子A相绕组轴线作为位置角度的参考零角度，定义虚拟同步旋转坐标系d轴角度为旋转角度θ_x，并设置初始旋转角度θ₁＝0，其中x为正整数，表示旋转角度的编号；

S03)、以θ_x作为变换角度，对注入的电压信号进行坐标变换，将虚拟同步旋转d-q坐标系变换到静止α-β坐标系，并进行SVPWM调制，生成脉冲信号控制功率器件的开关；

S04)、采样永磁同步电机的三相定子电流，并以角度θ_x进行坐标变换到虚拟同步旋转坐标系d-q坐标系，获得虚拟d轴电流i_d；

定义磁极位置判断函数J_x为i_d波峰与波谷模值差异，即

J_x＝f(θ_x)＝|i_{d_max}|-|i_{d_min}| (2)，

其中，f为映射函数，J_x的值与旋转角度θ_x是一一对应的；