[发明专利]一种超高速永磁同步电机转子位置检测方法及电路

说明书

本发明涉及一种超高速永磁同步电机转子位置检测方法及电路，电机三相端电压信号经过积分电路得到三相定子磁链信号，定子磁链信号相位滞后端电压信号90度电角度。三相定子磁链经过低通滤波电路，滤除PWM开关噪声及其谐波噪声。基于滤波后的定子磁链，构建三相定子磁链矢量虚拟中性点。滤波后的定子磁链与虚拟中性点进行比较，得到转子位置检测信号。进一步，可对获取的转子位置信号进行误差补偿。更进一步，可在以上精确的离散转子位置信息基础上，通过简单的转速积分获取连续的转子位置信息，用于超高速永磁同步电机的闭环控制。本发明无需计算，实时性好，检测精度高，鲁棒性强，结构简单，成本低，尤其适合超高速永磁同步电机转子位置估计。

技术领域

本发明属于电机控制领域，涉及一种超高速永磁同步电机转子位置检测方法及电路。

背景技术

超高速永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高、动态性能好等特点，随着电力电子技术和微处理器技术的发展，在飞机电环境控制系统、高速风机等领域，应用前景十分广阔。永磁同步电机的控制需要精确的转子位置信息，传统控制系统通常采用机械传感器准确获得转子位置和速度，常用传感器主要有霍尔传感器、光电编码器、旋转变压器以及磁编码器等精密的机械装置。然而机械传感器的使用会增加系统成本、加大电机尺寸、降低系统可靠性，最重要的是在超高速场合，难以选择到合适的传感器。所以，超高速永磁同步电机控制系统需采用无传感器技术，以实现电机闭环控制。

目前，国内外对永磁同步电机无传感器技术进行了较多研究，有开环直接计算法、状态观测器法、扩展卡尔曼滤波法、滑模观测器法、高频信号注入法等，但基本上是针对工业用转速不太高的电机，当电机转速达到数十万转/min时，还面临着下述运行条件和电机参数引起的算法适用性问题：1)超高速下计算实时性问题；2)低PWM频率与基波频率比问题；3)高速电流滞后问题；4)超高速电机低电感引起的电流脉动问题；5)参数时变及其自适应问题。因此，传统检测或估计方法难以在超高速永磁同步电机上使用。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种超高速永磁同步电机转子位置检测方法及电路，解决超高速永磁同步电机闭环控制中电机转子位置难以实时准确检测的问题，本方法简单有效、实时性好并适宜在超高速下运行。

技术方案

一种超高速永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对电机三相端电压信号进行积分得到定子磁链信号，所述定子磁链信号相位滞后端电压信号90度电角度；

步骤2：对定子磁链信号进行滤波，滤除定子磁链中所包含的PWM开关噪声及其谐波噪声；所述滤波为低通滤波，截止频率取为PWM开关的1/10～1/5；

步骤3：构建三相定子磁链矢量的中性点，得到三相定子磁链矢量ψ_sa、ψ_sb、ψ_sc的中性点ψ_n；

步骤4：将定子磁链信号与磁链矢量中性点信号通过比较电路进行比较，定子磁链信号接比较器正输入端，磁链矢量中性点信号接比较器负输入端，输出的三路高低组合电平是转子位置，为转子位置检测信号；

步骤5：根据定子磁链信号与三相端电压信号的相位关系，得到电机转子位置差补偿量：

电机转子位置差补偿量的计算：求取端电压频率与积分电路截止频率之比的反正切、端电压频率与滤波电路截止频率之比的反正切，然后用90度减去上述两值之和，为转子位置误差补偿量；

通过将步骤4得到的转子位置检测信号滞后转子位置误差补偿量，即可得到精确的离散转子位置数据；

步骤6：以步骤5所述的精确的离散转子位置数据为基准，通过对转速在时间轴上进行简单的积分获取实时位置连续增量，离散转子位置基准与实时位置连续增量之和即为连续的转子位置信息。