[发明专利]一种频率连续变化的高频正弦电压注入的永磁同步电机位置估计方法

权利要求书

1.一种频率连续变化的高频正弦电压注入的永磁同步电机位置估计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，设计频率连续变化且幅值/频率为常数的高频正弦电压发生器，过程如下：

1.1设计频率连续变化的高频正弦电压发生器，分为二个阶段进行：

第一阶段为角频率增长阶段：

当第一个注入周期开始时，生成一个角频率为ω_h1的正弦波，然后让角频率线性增加，即ω_hk＝ω_h1+(k-1)Δω，直到角频率增加至ω_hm，则注入频率连续变化的高频正弦电压：

u_inj＝u_h(t)sin(ω_hkt)；

其中，u_h(t)为频率连续变化的高频正弦电压时间变化的幅值，ω_h1为频率连续变化的高频正弦电压的第1个周期的角频率，ω_hk为频率连续变化的高频正弦电压的第k个周期的角频率，ω_hm为频率连续变化的高频正弦电压的第m个周期的角频率，t为时间，其中1≤k≤m，k、m为正整数，Δω＝(2π)/T_s，T_s为控制周期；

第二阶段为角频率减小阶段：

当角频率增加至ω_hm，然后让角频率线性减小，即ω_hz＝ω_hm-(z-m)Δω，直到角频率减小至ω_hy，则注入频率连续变化的高频正弦电压：

u_inj＝u_h(t)sin(ω_hzt)；

其中，ω_hz为频率连续变化的高频正弦电压的第z个周期的角频率，ω_hy为频率连续变化的高频正弦电压的第y个周期的角频率，其中m≤z≤y，z、y为正整数，ω_h1＝ω_hy；

同理，当角频率达到ω_hy后，则继续使角频率线性增加，重复上述步骤，以这种方式作为一个循环，以此往下进行，将会产生频率连续变化的高频正弦电压；

1.2设置幅值/频率为常数的高频正弦电压发生器；

频率连续变化的高频正弦电压的幅值需要随其频率变化而变化，为了保证信噪比，需要满足产生的频率连续变化的高频正弦电压的幅值与角频率成正比；

在这里定义幅值角频率比为k_v，即：

k_v＝u_h(t)/ω_h(t)；

其中，ω_h(t)为频率连续变化的高频正弦电压随时间变化的角频率；

步骤2，建立高频正弦电压下三相永磁同步电机数学模型，过程如下：

2.1，在dq两相同步旋转坐标系上，三相永磁同步电机状态方程表示如下：

式中，u_d、u_q、i_d、i_q分别为dq两相同步旋转坐标系上定子电压、电流，R_s为定子电阻，L_d、L_q为d、q轴电感，ω_e为电气角速度，Ψ_f为永磁体磁链幅值；

2.2，由于频率连续变化的高频正弦电压的频率远高于三相永磁同步电机的基波频率，因此把三相永磁同步电机看作一个电阻和电感电路，又因为高频时电阻相对电抗非常小，所以忽略电阻；此时，三相永磁同步电机的高频状态方程简化为：

式中，u_dh、u_qh、i_dh、i_qh为dq两相同步旋转坐标系上的高频电压、电流分量，下标h表示高频分量；

步骤3，计算估计dq坐标系下的高频电流响应，过程如下：

3.1推导估计dq坐标系高频电流响应通用表达形式；

根据坐标关系图得出：

式中，为估计dq坐标系下定子电流高频分量，为估计d轴和实际d轴之间的夹角，θ_e为实际转子磁极d轴所在位置，为估计转子磁极d轴所在位置，分别为估计dq坐标系下定子电压高频电压；

从公式(3)中得出：

式中，ΣL＝(L_d+L_q)/2为均值电感，ΔL＝(L_d-L_q)/2为差值电感；

3.2在估计d轴中注入频率连续变化的高频正弦电压；

在三相永磁同步电机矢量控制估计d轴注入频率连续变化的高频正弦电压：

式中，u_h为注入频率连续变化的高频正弦电压的幅值，ω_h为注入频率连续变化的高频正弦电压的角频率；将公式(5)代入公式(4)得：

步骤4，在估计q轴中解调高频响应电流，提取位置信息，过程如下：

4.1选取解调信号k_d＝cos(ω_ht),与高频响应电流相乘，将该高频响应电流通过低通滤波器，得经解调过后的高频电流响应信号为：

式中，i_Δ为解调后的高频电流响应信号，LPF为低通滤波器；

4.2选取k_m＝(L_dL_qω_h)/(u_hΔL)，与解调后的高频电流响应信号i_Δ相乘，进行归一化处理，得到与三相永磁同步电机参数无关的转子位置误差信号：

步骤5，位置估计；

在获取转子位置误差信号后，利用位置跟踪器估计三相永磁同步电机转子位置信息。