[发明专利]磁链基/三次波组合优化无刷直流电机位置连续检测方法

摘要

本发明涉及一种磁链基/三次波组合优化无刷直流电机位置连续检测方法，综合利用转子磁链基波和三次谐波来进行无位置传感器无刷直流电机的控制，利用转子基波磁链信号提供转子的位置范围，利用三次谐波进行逻辑运算来精确定位，解决了三次谐波需要其他方法配合检测的问题，对三次谐波的逻辑运算实现了三次谐波检测连续转子位置信号，准确地检测到了电机所需连续转子位置信号。

主权项

一种磁链基/三次波组合优化无刷直流电机位置连续检测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：在电机完成起动，进入运行阶段后计算出反电势三次谐波：u_a+u_b+u_c＝e_a+e_b+e_c＝u₃+u_h    (1)u_h为高于三次的高次谐波分量，其占比例很小忽略不计，然后对反电势三次谐波进行积分，得到转子磁链三次谐波：ψ_3f＝∫u₃dt    (2)其中，u_a、u_b、u_c为电机三相相电压；步骤2、对得到的电机转子磁链三次谐波信号进行逻辑运算：不断比较前后两次计算得到的ψ_3f值，若后一次的值大于前一次则记一个变量P值为1，后一次小于前一次则将P记为0，当P由1变为0时记当前ψ_3f值为K，按照ψ_f3＝ψ_3f/K进行幅值缩放使ψ_3f幅值为1记为ψ_f3；按照下述公式进行处理得到三次谐波逻辑运算中间过程波形信号：F₁＝arcsin(‑ψ_f3)·60/π+30    (3)然后，不断比较前后两次计算得到的F₁，若后一次的F₁小于前一次F₁，则给后一次的F₁取反再加上120，得到以120°电角度为周期的连续转子位置信号θ₁；步骤3：对采样得到的电机三相电压U_a、U_b和U_c以及三相电流I_a、I_b及I_c进行坐标变换，将电压和电流从a‑b‑c三相坐标系下转换为α‑β两相静止坐标系下的电压U_α、U_β和电流I_α、I_β，再计算电机绕组中的定子磁链矢量ψ_s在α‑β两相静止坐标系下的分量ψ_sα、ψ_sβ，R为电机相电阻：计算公式为：${\mathrm{\ψ}}_s=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\∫(U_{\mathrm{\α}}-R{I}_{\mathrm{\α}})dt\\ \∫(U_{\mathrm{\β}}-R{I}_{\mathrm{\β}})dt\end{array}\right]---\left(4\right)$定子磁链矢量Ψ_s由两部分构成，一部分是转子磁体励磁产生Ψ_f，另一部分是电枢反应L_sI_α、L_sI_β，电感L_s是电机的常数；计算转子磁链在α‑β两相静止坐标系下的分量ψ_fα、ψ_fβ：${\mathrm{\ψ}}_f=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{f\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{f\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\α}}-L_s{I}_{\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\ψ}}_{s\mathrm{\β}}-L_s{I}_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]---\left(5\right)$转子位置θ_r即d轴与a轴的夹角，由下式判断：${\mathrm{\Ψ}}_f=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Ψ}}_{f\mathrm{\α}}\\ {\mathrm{\Ψ}}_{f\mathrm{\β}}\end{array}\right]={\mathrm{\Ψ}}_f\left[\begin{array}{c}cos{\mathrm{\θ}}_r\\ \sin {\mathrm{\θ}}_r\end{array}\right]---\left(6\right)$${\mathrm{\θ}}_r=\arctan \frac{{\mathrm{\Ψ}}_{f\mathrm{\β}}}{{\mathrm{\Ψ}}_{f\mathrm{\α}}}---\left(7\right)$步骤4、利用电机转子磁链三次谐波和基波进行位置检测：当0＜θ_r＜120时，令θ＝θ₁，当120＜θ_r＜240时，令θ＝θ₁+120，当240＜θ_r＜360时，令θ＝θ₁+240，得到不受电机电抗变化影响的全周期连续转子位置信号θ。