[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机转子位置观测器，特别涉及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，属于电机控制领域。

背景技术

近年来，交流电机在工业产品及家用电器中扮演重要的角色。与传统的异步电机相比，永磁同步电机具有高转矩密度，高功率密度的优点，且得益于近些年来永磁材料制备技术的发展，使得其在现代工业中占有重要地位。目前，已出现各种永磁同步电机类型，用于驱动各种生产设备如传送带、机器手臂、起重机、造纸厂及废水处理器等。伴随着功率半导体器件、变频器拓扑、微处理器的发展和进步，永磁同步电机在变速电机控制系统中起着日益重要的作用。

为了得到稳定的控制性能，电机的转子位置及转速是必不可少的环节。传统方法是在转子轴上安装速度或位置传感器，目前有光电码盘、旋转编码器和测速发电机等机械速度位置传感器。尽管这些机械传感器具有高精度和高分辨率等优点，然而它们的安装会带来体积增大、系统成本提高、复杂性增加及可靠性下降等诸多问题。因此在过于20年间，各种无位置传感器控制方法被相继提出。根据其适用范围可以分为两类：适用于中高速的反电动势模型法及零低速的高频信号注入法。前者通过构造反电动势观测器，计算得到与转自位置相关的反电动势信号，进而得到转自位置。然而，在低速甚至零速区域，该方法不能有效工作。另一类基于高频信号注入，通过向电机定子注入高频信号，追踪转子凸极，进而得到电机转子位置。

高频方波电压信号注入法通过追踪电机凸极，实现零低速的无位置传感器控制方法，可以保证电机在低速域的控制性能。然而，该方法存在缺陷，即高频电流产生的噪音问题，这一缺点使其在工业及家用领域应用受限。传统高频信号注入法使用固定频率的信号注入，使噪声集中于某一频率，产生尖锐刺耳的噪音。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有基于高频信号注入法内置式永磁同步电机无传感器控制中，产生噪音的问题，本发明提供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。

本发明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，所述观测器包括随机频率信号发生器1、包络提取装置2和一个正交锁相环3；

随机频率信号发生器1，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2；

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2；

包络提取装置2，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3，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。

优选的是，所述随机频率信号发生器1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。