[发明专利]一种永磁电动机转子位置的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种永磁电动机转子位置的检测方法。

背景技术

要精确控制永磁同步电机的运动状态，需要知道电机实时的转子位置信号，因此传统的永磁电机一般采用附加的位置传感器，用来检测转子位置。然而采用位置传感器不仅增加了成本和电机结构的复杂性，而且在某些高温、高压或者强腐蚀性环境中，位置传感器会降低系统的可靠性或者传感器无法正常工作。因此，实现永磁同步电动机的无位置传感器控制已成为近年来永磁电动机控制技术发展的重要方向之一。目前，永磁电动机的无位置传感器控制大多采用反电势检测法、高频电压注入法或磁链观测器方法等。

申请号为00117475.4的中国专利公开了一种通过检测反电势过零点的方法用来确定转子位置，其抗干扰能力强，位置检测精确，但是只能检测到反电势过零点的几个特殊位置。又如申请号为200910135489.2的中国专利公开了一种转子位置的确定方法，其通过注入高次谐波分量，经过复杂的处理电路而得出转子位置信号，但其抗干扰能力较弱，同时由于所提取的高次谐波量较小，对信号处理电路的要求较高，且结果也存在较大的误差。

近年来利用磁链观测器原理检测转子位置信号的方法得到了很大的发展，其主要优势在于能够得到连续的转子位置信号，对矢量控制、直接转矩控制等高级算法而言，这是非常重要的。与谐波注入法相比，磁链观测器方法不需要复杂的调理电路就能得到相对精确的转子位置角，电路的抗干扰能力也得到提高。但现有的永磁电机磁链观测器主要基于定子静止坐标系，如申请号为201120088028.7和201110296784.3中所公开的方法，都是经过运算将定子磁链中永磁体磁链分量解算出来，从而可以计算得到连续的转子位置信号。这种方法在电机的无位置传感器控制技术领域应用较为广泛，且技术也较为成熟，但是计算过程中的中间量均为交流量，对处理器的计算速度和精度要求都比较高，容易受中间环节滤波器幅频特性和相频特性影响。这种算法对隐极永磁电动机而言，计算过程相对较为简单，且容易实现，中间计算环节也可以简化，但是对于凸极电机，计算过程中需要预先粗略估算转子位置，然后对估算值进行校正，由此大大增加了计算量，并且增大了观测结果的误差，同时计算过程所需时间增加，使得控制系统的动态性能变差。磁链观测器在中间过程中为了消除电磁干扰引入的噪声的影响，一般会适当加入一些滤波器，这些滤波器会对这种原理的观测器观测所得到的转子位置信号造成不同程度的误差，并且随着负载和转速的不同而产生不同程度的误差。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种永磁电动机转子位置的检测方法，能够精确计算出转子位置信息，计算简单，误差小，实时性好，计算结果受滤波器的影响小。

一种永磁电动机转子位置的检测方法，包括如下步骤：

(1)采集永磁电动机定子的三相端电压和三相电流，并根据所述的三相端电压和三相电流计算出定子磁链在静止α-β坐标系下的分量；

(2)根据定子磁链在静止α-β坐标系下的分量，建立辅助d′-q′坐标系；并计算出定子电流和定子磁链在辅助d′-q′坐标系下的分量；

(3)根据定子电流和定子磁链在辅助d′-q′坐标系下的分量，计算辅助d′-q′坐标系d′轴到转子d-q坐标系d轴的角度δ；进而根据角度δ计算出静止α-β坐标系α轴到转子d-q坐标系d轴的角度θ，即转子的位置信息。

所述的辅助d′-q′坐标系和转子d-q坐标系均为同步旋转的坐标系，坐标系中的q轴和q′轴分别对应超前d轴和d′轴90°。

所述的步骤(1)中，计算定子磁链在静止α-β坐标系下分量的过程为：首先，分别对三相端电压和三相电流进行Clarke变换，得到定子电压和定子电流在静止α-β坐标系下的分量；根据以下算式计算出定子磁链在静止α-β坐标系下的分量：