[发明专利]一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法

权利要求书

1.一种基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制方法，用于永磁同步电机无传感器控制系统中的电机转子位置估计，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在两相静止坐标系(αβ坐标系)下建立永磁同步电机基波数学模型及高频电压信号激励下的高频激励数学模型，具体包括：

步骤1.1：在两相静止坐标系(αβ坐标系)下建立永磁同步电机基波数学模型，如下式所示：

其中，[u_α u_β]^T和[i_α i_β]^T分别为两相静止坐标系下的定子电压和电流；R_s为定子绕组电阻；L_s为定子绕组电感；λ_f为转子永磁体磁链；θ_e为转子位置；ω_e为转子速度；L^-为半差电感；

其中，定子绕组电感矩阵为：

其中，L⁺为平均电感，L^-为半差电感；L_d、L_q分别为两相旋转坐标系(dq坐标系)下的d轴电感和q轴电感；

当采样时间足够短时，基波数学模型可以表示成如下形式：

其中，[Δi_α Δi_β]^T为两相静止坐标系(αβ坐标系)下的电流变量；ΔT为采样时间；

步骤1.2：高频信号的注入频率远高于基频，此时可将永磁同步电机看作一个简单的RL回路，由于高频时定子电阻远小于电抗，旋转电动势非常小，可以忽略不计，则由式(1.1)可得到高频激励下的永磁同步电机的高频激励数学模型：

当采样时间很短时，以离散量逼近式(2.1)中的微分项，式(2.1)可以写成如下形式：

步骤2：在两相静止坐标系(αβ坐标系)下注入高频电压激励信号，根据高频激励数学模型进行采样，可以得到包含转子位置信息的电流项，进而得到转子位置的显示表达式，具体为：

步骤2.1：在两相静止坐标系(αβ坐标系)下注入频率为ω_in，幅值为U_in的高频电压激励信号，如下式所示：

其中，[u_αin u_βin]^T为两相静止坐标系下注入的高频电压信号；

步骤2.2：当采样时间足够短时，电压与电流的基频分量可以看作常量，而只把高频分量作为变量，则电压差只与电流变量有关，对式(2.2)两个采样周期的采样值做差，可以得到：

其中，[u_α1 u_β1]^T和[u_α2 u_β2]^T为每个采样周期内的电压，[u_α21 u_β21]^T为采样周期内的电压差；[Δi_α1 Δi_β1]^T和[Δi_α2 Δi_β2]^T为与采样电压对应的采样电流；

步骤2.3：由于公式(1.2)中的电感矩阵可以分为转子位置相关项和转子位置无关项，根据公式(1.2)和公式(1.3)将公式(3.2)改写成如下形式：

设：

则有：

设有补偿矩阵：

结合如下倍角及两角和差公式：

以式(3.6)乘式(3.5)左右两端，采用式(3.7)对其进行化简，将2θ_e项化简成θ_e项，可得补偿矩阵：

且以补偿矩阵乘式(3.5)左右两端的结果为：

则可进一步得到永磁同步电机转子位置的显示表达式：

步骤3：将估计的转子位置送入转速控制器和电流控制器，构成转速-电流双闭环控制结构，产生控制信号。