[发明专利]基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法

权利要求书

1.一种基于过采样的永磁电机方波注入无位置传感器控制方法，其特征在于，包括：

1)转速控制环(1)，运行如下：将参考转速值和由转子位置计算单元(10)得到的转速值ω_e相减，再通过转速环PI调节器获得参考电磁转矩值T_e，再由最大转矩电流比模块(2)获得d^e、q^e轴两相旋转坐标下的参考电流和其中d^e、q^e轴是基于锁相环模块(10)计算得到的转子位置角θ_e，即电角度，而建立的两相旋转坐标系；

2)电流控制环(3)，运行如下：将最大转矩电流比模块(2)输出的参考电流和对应与基频定子电流模块(12)输出的基频定子电流i_df、i_qf作差，再通过电流环PI调节器得到d^e、q^e轴参考电压和

3)高频方波电压注入模块(4)，运行如下：向d^e轴参考电压矢量中叠加频率为控制频率1/2、幅值为一常值的高频方波电压信号，幅值的选取以控制方法中能够准确提取出高频电流信号为准；高频方波电压信号与d^e轴参考电压叠加后，表示为：

式中，为d^e轴参考电压和高频方波电压信号的和，为d^e轴参考电压，U_inj为高频方波电压信号；

4)反Park变换模块(5)，运行如下：将d^e轴参考电压和高频方波电压信号的和与电流控制环(3)输出的q^e轴参考电压以及锁相环模块(10)输出的转子位置作为反Park变换模块(5)的输入，经反Park变换模块(5)的反Park变换得到αβ轴下电压u_α，u_β；

5)空间矢量脉宽调制模块(6)，用于将反Park变换模块(5)输出的αβ轴下电压u_α，u_β经过调制形成脉宽调制波输出给逆变器(7)，经逆变器(7)的直交变换作用生成三相定子电流i_a，i_b，i_c输出给永磁同步电机(9)，以及再经三相电流采样模块(8)输出Clarke变换模块(14)；

6)高频电流解调模块(11)，运行如下：

将Clarke变换模块(14)输出的不同时刻的αβ轴下电流采样值作为高频电流解调模块(11)的输入，将不同时刻的αβ轴下电流采样值作差，得到αβ轴下高频响应电流值，αβ轴下高频响应电流值获取公式如下：

α轴公式为：

β轴公式为：

式中，Δi_α21、Δi_β21为αβ轴下方波信号为正时两次电流采样的差值，此时高频响应电流为正，因此表示为高频响应电流和基频定子电流的和，Δi_α43、Δi_β43为αβ轴下方波信号为负时两次电流采样的差值，此时高频响应电流为负，因此表示为高频响应电流和基频定子电流的差，i_α1，i_β1为第k-2周期有效矢量开始时刻采样的αβ轴的电流，i_α2，i_β2为第k-2周期有效矢量结束时刻采样的αβ轴的电流，i_α3，i_β3为第k-1周期有效矢量开始时刻采样的αβ轴的电流，i_α4，i_β4为第k-1周期有效矢量开始时刻采样的αβ轴的电流，i_αh、i_βh为αβ轴下高频响应电流，i_αf、i_βf为αβ轴下基频定子电流；

然后将两次做差得到的电流再进行做差，解调出高频响应电流，公式如下：

α轴公式为：

β轴公式为：

αβ轴下高频电流响应公式如下：

将上式进行化简得到：

再进行矢量叉乘得到：

式中，θ_e为估计d^e轴与α轴夹角，即转子位置角，θ_e,k，θ_e,k-1表示相邻两个周期转子位置估算值，Δθ为实际d轴与估算d^e轴之间的夹角，即转子位置误差角，ΔT为两次电流采样时间差，U_inj为高频方波电压信号，L_d为电机标称的d轴电感；

当Δθ趋近于0时，sinΔθ＝Δθ，因此有

将得到的转子位置误差角Δθ作为锁相环模块(10)的输入，利用锁相环可以得到转速和转子位置；

7)锁相环模块(10)，运行过程：

将高频电流解调模块(11)输出的转子位置误差角Δθ经过如下计算得到转子位置角θ_e，即电角度和电机电角速度：

式中，ω_e为估算出的电机电角速度，θ_e为转子位置角，Δθ为转子位置误差角，w_c为系统的截止频率，γ为相角裕度，为锁相环中的比例积分系数，为锁相环转速传递函数，锁相环位置角传递函数，s为积分项。