[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

说明书

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，包括以下步骤：步骤1，设计幅值/频率为常数且频率连续变化的高频正弦电压信号发生器；步骤2，推导估计dq坐标系高频电流响应通用表达形式并在估计d轴注入频率连续变化的高频正弦电压；步骤3，在估计q轴中解调高频电流响应，提取位置信息；步骤4，位置估计。本发明估计d轴注入在一定频率范围内频率连续变化的高频正弦信号，并在估计q轴上提取高频电流信号，将高频电流信号通过低通滤波器、归一化处理得到与电机参数无关的位置估计误差信息，再利用位置跟踪器估计位置。本发明在保留估计d轴高频信号注入无位置传感器控制基本动、静态性能的前提下，有效降低了噪声幅值。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，特别涉及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。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)具有高效率、高功率密度、高控制精度等优点，而被广泛用于高性能驱动系统，例如家用电器、工业自动化装备、电动汽车等。永磁同步电机矢量控制需要实时获得转子永磁体磁极位置进行坐标变换，实现转矩、磁链解耦控制。但是，常用位置传感器，例如光电编码器、旋转变压器等，会增加电机系统的成本，降低系统可靠性。

近三十年，多种无位置传感器控制策略相继被提出。其中，低速范围和静止工况下，使用的高频注入法通过向电机定子绕组注入高频激励电压信号，并从高频电流响应中解调出转子位置。然而，注入高频信号的频率受制于逆变器开关频率限制，通常在0.5kHz～2kHz范围内，在注入频率处会产生尖锐的噪音，属于人耳可听范围。另一方面，注入高频信号会引起电磁兼容问题，会对周围电子设备产生影响。上述缺点限制了该方法在实际工业、家用等场合的应用。针对高频注入带来的问题，文献《Sensorless Control Strategy forIPMSM to Reduce Audible Noise by Variable Frequency Current Injection》(Du B,Zhao T,Han S,Song L,Cui S.IEEE Transactions on Industrial Electronics,2020,67(2):1149-59.)采用一种变频电流注入方法，在一定程度上可以降低噪声，然而该方法的实现需要额外两个谐振控制器会增加系统计算量。文献《Pseudo-Random-FrequencySinusoidal Injection for Position Sensorless IPMSM Drives Considering Sampleand Hold Effect》(Zhang G,Wang G,Zhang H,Wang H,Bi G,Zhang X,et al.IEEETransactions on Power Electronics，2019,34(10):9929-41.)注入两个不成倍数关系的高频激励信号，以衰减特定频率的噪声，但是该方法噪声频谱依然不连续，仍然会有较明显的噪声。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供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，在估计d轴注入在一定频率范围内频率连续变化的高频正弦信号，并在估计q轴上提取高频电流信号，然后将高频电流信号通过低通滤波器、归一化处理得到与电机参数无关的位置估计误差信息；再利用位置跟踪器估计位置。所提方法在保留无位置传感器控制高动、静态性能的前提下，有效降低电磁噪声。

本发明为了实现上述发明目的，采用如下技术方案：

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，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信号发生器，过程如下：

1.1设计频率连续变化的高频正弦电压信号发生器，分为二个阶段进行：

第一阶段为角频率增长阶段：