[发明专利]一种永磁同步电机的直交轴电流检测方法

摘要

本发明涉及一种永磁同步电机的直交轴电流检测方法，其特征在于含有直交轴位置所在的转角范围的归零化算法，直轴位置和交轴位置的判断方法以及依据转角变化的快慢动态选择不同算法的步骤。本发明通过在直轴位置和交轴位置分别测量各相定子相电流，独立获得若干直交轴电流并取中值，实现对电机i_d、i_q的测量。物理概念清晰，无需实时坐标变换，减少了算法的复杂度；仅在特定的转角测量，避免了电流在整个电周期内因测量扰动而影响检测的问题；可对各相独立测量的若干直交轴电流分别取中值，避免因电流传感器故障而导致检测异常的情况，提高了测量的鲁棒性。根据转角变化的快慢动态选择插值或均值算法，在全调速域内均有良好的检测性能。

主权项

一种永磁同步电机的直交轴电流检测方法，其特征在于包含如下步骤：(1)所述控制器内部定时中断服务程序以周期T_s定时采样电流传感器信号，获得所述定子相电流i₁，同时通过位置传感器获取所述转子位置电角度θ；(2)对一个电气周期内所述直交轴位置所在的电角度进行归零化处理得到所述θ₁；将直轴位置和交轴位置所在角度均映射至0°，同时将以上述位置为参考中心的±90°转角范围均映射到[‑90°,90°)；对于两相电机，其中A相正负向直轴位置分别为0°和180°，正负向交轴位置分别为90°和270°；B相正负向直轴位置分别为90°和270°，正负向交轴位置分别为180°和0°；则A相绕组的所述归零化方法为：对于直轴位置，当θ∈[270°,360°)时，θ₁＝θ‑360°；当θ∈[90°,270°)时，θ₁＝θ‑180°；当θ∈[0°,90°)时，θ₁＝θ；对于交轴位置，当θ∈[0°,180°)时，θ₁＝θ‑90°；当θ∈[180°,360°)时，θ₁＝θ‑270°；B相绕组的归零化方法与A相绕组一致，区别仅在于A相的直轴位置对应B相交轴位置，A相交轴位置对应B相直轴位置；对于三相和三相以上的N相独立绕组电机，第k相正向直轴位置为(k‑1)/N×360°，负向直轴位置为(k‑1)/N×360°+180°，正向交轴位置为(k‑1)/N×360°+90°，负向交轴位置为(k‑1)/N×360°+270°；因此，三相及三相以上的N相电机的第k相绕组的归零化方法为：令修正后转子位置角θ′＝θ‑360°×(k‑1)/N，然后按两相电机A相绕组的归零化方法，用θ′替代其中的θ进行计算得到所述归零化后转子位置角θ₁；(3)对直交轴电流i_d、i_q进行检测；将所述前一周期的归零化后转子位置θ₀与所述当前周期的归零化后转子位置θ₁的符号相比较，当符号相异时表明修正后转子位置角θ′穿越所述直交轴位置；然后计算所述转子位置的变化量Δθ＝θ₁‑θ₀，并根据上述修正后转角θ′当前所处象限，判断所述直轴位置和交轴位置；若所述修正后转子位置角θ′当前在第一象限，则为正向直轴位置，所测相电流为所述直轴电流i_d；若在第二象限，则为正向交轴位置，所测相电流为所述交轴电流i_q；若在第三象限，则为负向直轴位置，所测相电流为所述直轴电流的相反数‑i_d；若在第四象限，则为负向交轴位置，所测相电流为所述交轴电流的相反数‑i_q；(4)根据上述转角θ′当前所在的范围，以及步骤(3)中计算的所述转子位置变化量Δθ的绝对值是否超过所述预设位置变化量阈值θ_Th，选择所述第k相的直轴电流i_d或交轴电流i_q的计算公式；其中，对于正向直轴位置的相电流得到第k相直轴电流i_d：(0°≤θ′＜90°)$\left\{\begin{array}{cc}{i}_d=\frac{({\mathrm{\θ}}_1\×i_0-{\mathrm{\θ}}_0\×i_1)}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\>{\mathrm{\θ}}_{Th}\\ i_d=\frac{(i_0+i_1)}{2},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\<{\mathrm{\θ}}_{Th}\end{array}\right.$对于负向直轴位置的相电流得到第k相直轴电流i_d：(90°≤θ′＜180°)$\left\{\begin{array}{cc}{i}_d=\frac{({\mathrm{\θ}}_0\×i_1-{\mathrm{\θ}}_1\×i_0)}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\>{\mathrm{\θ}}_{Th}\\ i_d=-\frac{(i_0+i_1)}{2},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\<{\mathrm{\θ}}_{Th}\end{array}\right.$对于正向交轴位置的相电流得到第k相交轴电流i_q：(180°≤θ′＜270°)$\left\{\begin{array}{cc}{i}_q=\frac{({\mathrm{\θ}}_1\×i_0-{\mathrm{\θ}}_0\×i_1)}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\>{\mathrm{\θ}}_{Th}\\ i_q=\frac{(i_0+i_1)}{2},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\<{\mathrm{\θ}}_{Th}\end{array}\right.$对于负向交轴位置的相电流得到第k相交轴电流i_q：(270°≤θ′＜360°)$\left\{\begin{array}{cc}{i}_q=\frac{({\mathrm{\θ}}_0\×i_1-{\mathrm{\θ}}_1\×i_0)}{\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\>{\mathrm{\θ}}_{Th}\\ i_q=-\frac{(i_0+i_1)}{2},& \left|\mathrm{\Δ}\mathrm{\θ}\right|\<{\mathrm{\θ}}_{Th}\end{array}\right.$(5)根据各相独立测量的所述直交轴电流i_d、i_q，取中值得到电机直轴电流I_d、交轴电流I_q；(6)将所述相电流的本次采样值i₁保存为所述i₀，所述归零化后的转子位置电角度θ₁保存为所述θ₀，供下一拍对转子位置判断和计算i_d、i_q时使用。