[发明专利]一种永磁同步电机的无传感器初始位置检测方法

说明书

本发明涉及一种永磁同步电机无传感器初始位置检测方法，采用虚拟脉振高频注入法进行转子位置解算，向虚拟直轴注入高频电压，建立虚拟旋转坐标系，利用该坐标系与永磁同步电机坐标系的数学模型，解算出直轴和交轴电流，将交直轴电流信号同时与包含注入信号的电压频率和假设旋转频率的余弦值相乘，再通过低通滤波，将滤波后的两电流求反正切即可初步获得转子位置。利用交直轴电流的正余弦关系可进一步获得转子位置，再通过采用载波频率成分法代替二次注入法进行磁极判断，N‑S极校正即可得到实际转子位置。本发明具有精度高、实现简单的优点，可用于提高风机、泵、压缩机或电动汽车用永磁同步电机的无传感器起动控制精度。

技术领域

本发明属于电机控制的技术领域，具体涉及一种永磁同步电机的无传感器初始位置检测方法。

背景技术

永磁同步电机利用永磁体提供励磁，相比于电励磁电机减少了励磁系统的损耗，电机的效率及功率密度都得到极大的提高。同时，其克服了直流电机电刷和换向器带来的不利因素，应用范围从最初的军事工业，向航空航天、工业自动化等领域迅速发展。

永磁同步电机由于驱动系统的需求，通常都会加入机械传感器如霍尔传感器、光电编码器等来获得转子位置信息，其优点是精度高，控制精确。但是同时也会带来一些问题，如导致电机体积增大，加工装配成本增加，降低电机运行的可靠性，甚至限制电机在很多特殊场合的应用，不利于其进一步推广。因此，永磁同步电机的无传感器控制策略研究成为了目前的研究热点问题。无传感器控制主要包括电机起动控制和中高速控制两个主要研究方面。其中，中高速控制通常采用基波励磁估计法，通过建立永磁同步电机的电压模型或磁链模型等动态模型，来对转子的位置进行估计。然而电机起动时由于基波信号的信噪比过低，致使其难以提取，从根本上限制了这类方法在电机起动时的应用。因此，电机起动控制无疑是无传感器控制领域的重点和难点。

为了克服基波激磁估算法的不足，发展了基于特定高频信号成份的无位置传感器控制方法。高频信号成份法就是利用电机转子的空间凸极效应估算出转子的位置信号，主要应用在具有空间凸极性的永磁同步电机的无位置传感器运行。算法所需的高频信号主要有注入的旋转高频信号、注入的脉动高频信号或系统本身的PWM逆变器载波频率成份信号。由于该方法跟踪的是转子的空间凸极性，因此对电机参数的依赖性小，可以实现电机在低速甚至零速状态下的无位置传感器运行。然而，旋转高频信号注入法和载波频率成分法都要求电机具有一定的凸极性，不适用于表贴式永磁同步电机，因此发展了脉振高频注入法。但传统的脉振高频注入法存在位置解算过零点等问题，同时，在磁极判断阶段注入两次高频信号，为防止产生干扰，信号注入之间需要时间间隔，因而大大的延长了控制算法的执行时间。因此，需要提出一种新的永磁同步电机无传感器初始位置检测方法来克服以上困难，提高转子位置的检测精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明的目的是克服现有技术的不足，解决传统脉振高频注入法带来的过零点解算问题，并修正磁极判断阶段时间过长问题。提供一种基于虚拟脉振高频注入法结合载波频率成分法的永磁同步电机无传感器初始位置检测新方法，该方法简化了控制算法并提高了初始位置检测的精度。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种永磁同步电机的无传感器初始位置检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)基于永磁同步电机理想条件下的假设，建立三相PMSM基本数学模型，所建立的永磁同步电机模型为：

自然坐标系下的电压方程：

磁链方程为：

ψ_3s＝L_3si_3s+φ_f·F_3s(θ_e) (2)