[发明专利]基于控制电源供电高频注入IPMSM带速重投控制方法

权利要求书

1.一种基于控制电源供电高频注入IPMSM带速重投控制方法，是应用于电动汽车永磁同步电机驱动系统，其特征在于，包括如下步骤：

1)在电动汽车永磁同步电机驱动系统中，主电源出现过压过流故障时，电池管理系统的保护机制切断主电源对电机逆变器的供电，电机控制器在蓄电池或控制电源的供电下继续工作；

2)控制电路在检测到主电源断电后，同时保存主电源断电时刻的转子位置信息，将正弦波发生器产生的超高频正弦电压通过信号选择器分配到注入耦合电路中的三个高频变压器的原边，选通信号由控制电路中的DSP控制，并且通过注入耦合电路将超高频正弦电压依次耦合到永磁同步电机AB、BC、CA各两相绕组之间；

3)采用检测耦合电路将永磁同步电机AB、BC、CA各两相之间的超高频正弦电压耦合到二阶巴特沃斯滤波器的输入端，通过二阶巴特沃斯滤波器筛选出注入频率的信号即超高频正弦电压，使用有效值转换器将超高频正弦电压转换为直流电压，由DSP的模数转换器在每个控制周期的结束时刻对直流电压进行采样后，得到永磁同步电机的AB、BC、CA两相绕组直流电压U_{AB_RMS}、U_{BC_RMS}、U_{CA_RMS}；

4)对得到的得到永磁同步电机的AB、BC、CA两相绕组直流电压U_{AB_RMS}、U_{BC_RMS}、U_{CA_RMS}进行比值运算，得到永磁同步电机的转子位置信息；包括：

(1)忽略反电动势与定子电阻压降，主电源断电后逆变器开关管S₁～S₆均保持关断，在控制周期T(1)，向AB两相绕组之间注入幅值为U_{AB_IN}的超高频正弦电压，该超高频正弦电压由A相电感L_A和B相电感L_B分配，对于超高频正弦电压，此时C相为非激励相，因此满足U_NA＝U_CA，U_BN＝U_BC，根据基尔霍夫电压定律，超高频正弦电压满足：

将式(1)中的两式作比，得到电感比值k₁：

因此，在控制周期T(1)结束时刻，对两相绕组直流电压U_{BC_RMS}和U_{CA_RMS}进行采样，并计算两相绕组直流电压U_{BC_RMS}和U_{CA_RMS}的比值，得到两相电感的比值；同理，在控制周期T(2)和T(3)结束时刻，分别得到对应的电感比值k₂、k₃：

(2)设L_s0为由基波气隙磁通对应的电感，L_g2为二次谐波电感分量的幅值，从而得三相电感与转子位置的数学关系，表示为：

并带入电感比值k₁、k₂和k₃，整理得到：

将α＝2θ_e+2π/3与β＝2θ_e-2π/3分别代入式(6)中的二、三两式，整理得到：

其中，θ_e为永磁同步电机转子位置角；α、β为永磁同步电机转子位置角θ_e的函数；电感比值k₁、k₂和k₃之间的比值记为M₁₂、M₂₃、M₃₁；

通过式(7)中任意一个式子，均能够计算出转子位置；

(3)对提取的电感比值做如下处理：

(3.1)在控制周期T(4)，选用控制周期T(3)结束时刻计算的电感比值k₃以及电感比值k₁和电感比值k₂两者中信噪比大的值计算转子位置信息，即：

当k₁k₂，则使用电感比值k₃和k₁计算转子位置，结果为：

当k₂k₁，则使用电感比值k₃和k₂计算转子位置，结果为：

其中，θ_est为估算的永磁同步电机转子位置；λ为任意整数；

(3.2)在控制周期T(4)，继续向AB两相绕组注入超高频正弦电压，同时在控制周期T(4)结束时刻更新电感比值k₁；

(3.2)在控制周期T(5)，利用控制周期T(4)结束时刻获得的电感比值k₁，以及k₂和k₃中两个比值大者计算转子位置，即：

当k₃k₂，则使用电感比值k₃和k₁计算转子位置，结果与式(8)相同；

当k₂k₃，则使用电感比值k₁和k₂计算转子位置，结果为：

(4)定义主电源断电时刻记录的转子位置θ_e0的范围为[0,2π]，反正切函数的范围为[-π/2,π/2]，则由电感比值k₁、k₂和k₃求得的转子位置在[0,2π]区间内均存在四个可行解；

估算的转子位置θ_est与主电源断电时刻记录的转子位置θ_e0满足如下条件：

将转子位置在[0,2π]区间内的四个可行解分别代入式(11)进行判定，满足式(11)条件的解即为估算的转子位置；

5)当主电源故障排除后，停止注入超高频正弦电压，并将得到的永磁同步电机的转子位置信息作为初始值赋值给控制电路中的锁相环，控制电机立即恢复正常运行。