[发明专利]一种考虑交叉饱和电感的无位置传感器控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑交叉饱和电感的高频方波电压注入方法，首先在有位置传感器控制的不同负载情况下，分别在d轴与q轴中注入高频方波电压，通过高频响应电流提取到交叉饱和电感分量，实现对交叉饱和电感的测量；然后在无位置传感器控制中对由交叉饱和电感导致的转子位置估计偏差进行补偿。本发明通过有位置控制时对不同负载情况下交叉饱和电感进行测量，其中，通过交叉饱和相位角对交叉饱和电感进行间接测量；在无位置控制中对由交叉饱和电感引起的转子位置估计偏差进行补偿，可提高转子位置估计精度，从而提高无位置传感器控制系统的性能，并且本发明提出的方法对不同形式的电机具有通用性。

技术领域

本发明属于电机驱动及控制领域，尤其涉及一种基于高频方波电压信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统。

背景技术

永磁同步电机相对感应电机具有高效率、高功率密度、高功率因数等优点，因此基于永磁同步电机的变频调速系统已经在对效率、功率密度和动态品质等方面要求较高的领域取得了显著成效，但其实现严重依赖于准确的转子位置信息获取。目前的常用做法是在电机轴端安装机械式位置传感器，如增量或绝对式数字编码器、旋转变压器等。然而，机械传感器的安装额外增加了空间与系统成本，特别是在一些要求全封闭的应用场合，不能安装位置传感器。此外，当传感器出现故障或者受到外围电磁干扰时，将严重影响输出转子位置的精度，进而影响控制系统性能。因此，采用无位置传感器控制算法是一种能够有效提高可靠性的解决方案。

根据不同的电机转速，有不同的无位置传感器控制实现方法。在中高速区，通常根据电机数学模型中与转子位置有关的物理量，如反电势等进行转子位置和速度估算。但当电机运行于零速或极低速时，有用信号的信噪比很低，难以提取。在低速或者零速下辨识初始位置时，利用电机的凸极效应，通过注入高频信号可获取转子位置信息，因而基于高频信号注入的无位置控制方法被广泛研究和使用。相对于高频电流注入法，高频电压注入因其成本低、不需要额外的硬件而得到了更加广泛的应用。根据不同的注入电压形式，高频电压注入可以主要分为三大类：旋转正弦电压注入法、脉振正弦电压注入法和脉振方波电压注入法。

旋转正弦电压注入是在静止坐标系进行正弦电压信号注入，不可避免地会产生转矩脉动。脉振正弦电压注入是在旋转坐标系根据估计的轴进行正弦电压信号注入，产生的转矩脉动较小，且该方法对电机的凸极率要求较低，表贴式和内嵌式结构均可适用。尽管旋转电压注入和脉振正弦电压注入都可在零速或低速下取得较好的无位置控制效果，但其带宽较低，难以满足高动态响应的应用场合。相反，基于高频方波电压注入的无位置控制因其注入的电压频率更高，动态性能更好。然而，交叉饱和电感的存在会导致基于高频电压注入的转子位置估计存在角度偏差，且交叉饱和电感会随着电机的负载不同而变化。

发明内容

本发明的目的是提出一种考虑交叉饱和电感的高频方波电压注入无位置传感器控制方法，本方法能够明显减少因交叉饱和电感的存在所引起的电机转子位置估计偏差，提高位置估计精度，对于改善无位置控制系统的稳定性和可靠性具有重要意义。

本发明采用的技术方案：一种考虑交叉饱和电感的高频方波电压注入无位置传感器控制方法，包括以下步骤：

步骤一、不同的负载情况下，分别在d轴与q轴中注入高频方波电压，将响应电流进行采样并变换到静止坐标系，进而通过滤波器提取静止坐标系下的高频电流分量，根据相应注入电压的符号提取高频电流分量的包络线，并对包络线求和，得到含有直流分量的正余弦信号；

其中所述根据注入电压符号提取高频电流分量包络线的原则为：对每一时刻αβ轴高频电流都乘以对应采样时刻高频电压的符号或者对应采样时刻高频电压符号的相反数；

步骤二、将所述步骤一得到的正余弦信号通过一个高通滤波器滤除直流分量，将滤波后的正余弦信号通过一个锁相环提取相位信息，该相位信息中包含由于交叉饱和电感存在所导致的相位分量，定义其相位分量为交叉饱和电感相位角φ₁与φ₂；