[发明专利]一种随机频率高频方波电压注入的永磁同步电机转子位置观测器

权利要求书

1.一种随机频率高频方波电压注入的永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，所述观测器包括随机频率信号发生器、包络提取装置和一个正交锁相环；

随机频率信号发生器，用于产生随机频率注入信号v_inj和随机频率解调信号v_dem，所述随机频率注入信号v_inj和随机频率解调信号v_dem频率相同且相位正交；随机频率注入信号v_inj输入至永磁同步电机矢量控制器的估计d轴中；随机频率解调信号v_dem输入至包络提取装置；

永磁同步电机矢量控制器输出的α轴高频电流和β轴高频电流分别输入至包络提取装置；

包络提取装置，用于根据随机频率解调信号v_dem，提取α轴高频电流i_αh和β轴高频电流i_βh的包络线，获得α轴高频电流包络信号i_α,pu和β轴高频电流包络信号i_β,pu；

正交锁相环，用于根据α轴高频电流包络信号i_α,pu和β轴高频电流包络信号i_β,pu，估计出转子的位置。

2.根据权利要求1所述的一种随机频率高频方波电压注入的永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，所述随机频率信号发生器包括两个固定频率信号发生单元和一个随机选择单元；

第一固定频率信号发生单元，用于产生一个注入方波信号v_inj1和一个解调方波信号v_dem1，所述注入方波信号v_inj1和解调方波信号v_dem1频率相同且相位正交；

所述第二固定频率信号发生单元，用于产生一个注入方波信号v_inj2和一个解调方波信号v_dem2，注入方波信号v_inj2和解调方波信号v_dem2频率相同且相位正交；

两个固定频率信号发生单元产生的方波信号频率不同；

所述随机选择单元在每一个信号周期对两个固定频率信号发生单元随机选择一次，选择的固定频率信号发生单元产生的注入方波信号和解调方波信号分别作为随机频率注入信号v_inj和随机频率解调信号v_dem输出。

3.根据权利要求1或2所述的一种随机频率高频方波电压注入的永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，所述包络提取装置包括一个双周期滞后单元、第一乘法器、第二乘法器、第一一阶低通滤波器、第二一阶低通滤波器、第一除法单元、第二除法单元和一个计算单元；

随机频率解调信号v_dem输入至双周期滞后单元，双周期滞后单元的输出同时输入至第一乘法器和第二乘法器；

所述第一乘法器将α轴高频电流i_αh与双周期滞后单元的输出相乘后，输入至第一一阶低通滤波器进行滤波；

所述第二乘法器将β轴高频电流i_βh与双周期滞后单元的输出相乘后，输入至第二一阶低通滤波器进行滤波；

所述第一一阶低通滤波器将输出的滤波信号分别输入至第一除法器和计算单元；

所述第二一阶低通滤波器将输出的波信号分别输入至第一除法器和计算单元；

所述计算单元将第一一阶低通滤波器的输出和第二一阶低通滤波器的输出分别作为输入a和输入b，计算单元的输出分别输入至第一除法器和第二除法器；

第一除法器将第一一阶低通滤波器的输出作为被除数，将计算单元的输出作为除数，输出α轴高频电流包络信号i_α,pu；

第二除法器将第二一阶低通滤波器的输出作为被除数，将计算单元的输出作为除数，输出β轴高频电流包络信号i_β,pu。

4.根据权利要求3所述的一种随机频率高频方波电压注入的永磁同步电机转子位置观测器，其特征在于，所述正交锁相环包括第三乘法器、第四乘法器、一个减法器、一个比例积分单元、一个积分单元、一个正弦函数计算单元和一个余弦函数计算单元；

第三乘法器将α轴高频电流包络信号i_α,pu与正弦函数计算单元的输出相乘后，输入至减法器的减数端；

第四乘法器将β轴高频电流包络信号i_β,pu与余弦函数计算单元的输出相乘后，输入至减法器的被减数端；

所述减法器输出误差信号ε，并将该误差信号ε输入至比例积分单元；

所述比例积分单元输出估计转速并将该估计转速输入至积分器；

所述积分器输出估计位置并将该估计位置同时输入至正弦函数计算单元和余弦函数计算单元，该估计位置为正交锁相环估计出的转子的位置。