多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，包括如下步驟：(1?1)多相電機(jī)的坐標(biāo)變換和不同諧波平面的解耦；(1?2)提取非基波平面轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角，得到3次諧波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈的角度θ

Method for identifying rotor position of polyphase permanent magnet motor

The invention discloses a multi phase permanent magnet motor rotor position identification method, which comprises the following steps: (1 1) decoupling multiphase motor coordinate transformation and different harmonic plane; (1 2) extraction of non fundamental plane d axis rotor flux position, 3 harmonic rotor flux angle of d axis 0

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法
本專利技術(shù)屬于多相電機(jī)
，尤其是涉及一種擺脫了轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)對電機(jī)參數(shù)的依賴性，辨識(shí)準(zhǔn)確性高的多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法。
技術(shù)介紹
多相電機(jī)(相數(shù)n＞3)因其高可靠性、多控制自由度等諸多優(yōu)勢受到關(guān)注，特別是在船舶推進(jìn)、軌道交通和電動(dòng)汽車等應(yīng)用場合。而多相永磁電機(jī)的應(yīng)用近年來也日益廣泛。不論是三相永磁電機(jī)還是多相永磁電機(jī)，轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施的關(guān)鍵之一。通常，電機(jī)轉(zhuǎn)子速度采用光學(xué)編碼器等測量獲得，必然增加系統(tǒng)的成本。為了降低成本或在位置傳感器故障時(shí)提供必要的備用控制方案，永磁電機(jī)的無速度傳感器作為一種新穎的控制策略受到研究領(lǐng)域和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注。當(dāng)前永磁電機(jī)的無速度傳感器運(yùn)行有多種控制方法，如基于觀測器的方法、反電勢法、信號(hào)注入法等。其中，基于轉(zhuǎn)子磁鏈辨識(shí)以求解轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速的方法是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的方法之一，尤其適用于運(yùn)行在中、高速范圍內(nèi)的調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子磁鏈估算法通過電機(jī)的電壓模型，通過積分估計(jì)出軸αβ的磁鏈，從而確定轉(zhuǎn)子的位置角。算法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算量小、簡單、易于實(shí)現(xiàn)，且眾多科研人員通過新的模型、補(bǔ)償技術(shù)、鎖相環(huán)和濾波技術(shù)等解決了該方法存在的初始值不準(zhǔn)確、積分零漂等問題。但是其在計(jì)算過程中需用到電機(jī)電阻、漏感等參數(shù)，對電動(dòng)機(jī)的參數(shù)依賴性較大，而實(shí)際應(yīng)用中電機(jī)參數(shù)通常隨工況變化且不易獲得，影響了算法的準(zhǔn)確度。雖然可結(jié)合電機(jī)參數(shù)的在線辨識(shí)一定程度提高精度，但電機(jī)參數(shù)的高精度在線辨識(shí)本身存在較大技術(shù)難度，當(dāng)前還受到一定的限制，且相應(yīng)的辨識(shí)算法對控制器的計(jì)算能力和芯片成本有更高要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)對電動(dòng)機(jī)的參數(shù)依賴性較大的不足，提供了一種擺脫了轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)對電機(jī)參數(shù)的依賴性，辨識(shí)準(zhǔn)確性高的多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，包括如下步驟：(1-1)多相電機(jī)的坐標(biāo)變換和不同諧波平面的解耦；(1-2)提取非基波平面轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角，得到3次諧波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈的角度θr3；(1-3)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)子基波平面的磁鏈位置角θr1；(1-4)確定電機(jī)基波平面轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角度。針對傳統(tǒng)方法過于依賴電機(jī)參數(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)充分利用多相電機(jī)具有多控制自由度的特點(diǎn)，提出利用非轉(zhuǎn)矩平面(非基波平面)提取信號(hào)，從而可以在相關(guān)平面將電流設(shè)置為0，從而在該平面獲得的轉(zhuǎn)子磁鏈與電機(jī)電阻和漏感的參數(shù)無關(guān)，可準(zhǔn)確地獲得了轉(zhuǎn)子位置。作為優(yōu)選，步驟(1-1)包括如下步驟：設(shè)定a相軸線為0°，則n相永磁電機(jī)的各相繞組的繞組函數(shù)Na(γ)，Nb(γ)，Nc(γ)，...，Nn(γ)為：Na(γ)＝N1cos(γ)+N3cos(3γ)+N5cos(5γ)+…+Nn-2cos((n-2)γ)Nb(γ)＝N1cos(γ-ξ)+N3cos(3(γ-ξ))+N5cos(5(γ-ξ))+…+Nn-2cos((n-2)(γ-ξ))Nc(γ)＝N1cos(γ-2ξ)+N3cos(3(γ-2ξ))+N5cos(5(γ-2ξ))+…+Nn-2cos((n-2)(γ-2ξ))Nn(γ)＝N1cos(γ-(n-1)ξ)+N3cos(3(γ-(n-1)ξ))+N5cos(5(γ-(n-1)ξ))+…+Nn-2cos((n-2)(γ-(n-1)ξ))其中，n為奇數(shù)，γ為電機(jī)氣隙圓周的空間電角度；ξ＝2π/n；N1、N3、N5…、N(n-2)是每相繞組繞組函數(shù)的1、3、5…、(n-2)次諧波幅值；含有各次諧波的各相電流為：Ikm和φk為第k次諧波電流的幅值及a相的初始相位，k＝1，3，5…，n-2；ωk為第k次諧波電流的角頻率；利用如下公式計(jì)算n相電機(jī)坐標(biāo)變換矩陣C：利用公式計(jì)算靜止坐標(biāo)系下的d1-q1，d3-q3、…、d(2n-1)-q(2n-1)平面的定子電流iα1、iβ1，iα3、iβ3，…，iα(n-2)、iβ(n-2)、i0；得到id1、iq1，id3、iq3，…，id(n-2)、iq(n-2)、i0；i0為電機(jī)的零序電流分量；同理，Uk和ψk分別是電機(jī)各相k次諧波電壓矢量和磁鏈?zhǔn)噶浚桓鞔沃C波電壓坐標(biāo)變換后分別得到各平面的電壓uα1，uβ1，uα3，uβ3，…，uα(n-2)，uβ3(n-2)，u0；各次諧波磁鏈變換后分別得到各平面的磁鏈ψα1，ψβ1，ψα3，ψβ3，…，ψα(n-2)，ψβ(n-2)，u0和ψ0分別為電機(jī)的零序電壓分量和零序磁鏈分量。各次諧波電流可映射到不同的平面，實(shí)現(xiàn)相互解耦。作為優(yōu)選，步驟(1-2)包括如下步驟：設(shè)定id3＝iq3＝0，則d3-q3平面轉(zhuǎn)子αβ軸的磁鏈分別為：ψrα3＝∫uα3dtψrβ3＝∫uβ3dt；利用公式θr3＝atan2(ψrα3，ψrβ3)計(jì)算d3-q3平面的轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角θr3。作為優(yōu)選，步驟(1-3)包括如下步驟：利用公式計(jì)算轉(zhuǎn)子基波平面的磁鏈位置角θr1。作為優(yōu)選，步驟(1-4)包括如下步驟：設(shè)定θr1、θr3均在-π～π弧度的范圍內(nèi)變化，根據(jù)永磁轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)θr3的最低點(diǎn)與θr1的最低點(diǎn)重合的點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角度為-π；由于θr3在-π附近時(shí)，θr1的值存在三個(gè)可能：-π、-π/3和π/3；選定-π、-π/3和π/3中的一個(gè)值，作為θr1的積分初值；在確定轉(zhuǎn)子d軸磁鏈角度最低點(diǎn)θr1＝θr3＝-π后，利用3次諧波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置θr3計(jì)算出基波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置θr1。作為優(yōu)選，利用3次諧波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置θr3計(jì)算出基波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置θr1包括如下具體步驟：(6-1)θr1＝-π，設(shè)定溢出標(biāo)志Y＝0；設(shè)為第一階段；θr3從-π開始計(jì)數(shù)，不斷增大；(6-2)當(dāng)θr3上升到大于π時(shí)，第1次溢出，設(shè)定溢出標(biāo)志Y＝1，θr3重新從-π開始計(jì)數(shù)，不斷增大；此時(shí)設(shè)為第二階段；(6-3)當(dāng)θr3上升到大于π時(shí)，第2次溢出，設(shè)定溢出標(biāo)志Y＝2，重新從-π開始計(jì)數(shù)，不斷增大；此時(shí)設(shè)為第三階段；(6-4)當(dāng)θr3上升到大于π時(shí)，再次溢出，設(shè)定標(biāo)志Y＝0，轉(zhuǎn)入步驟(6-1)。作為優(yōu)選，選定-π、-π/3和π/3中的一個(gè)值，作為θr1的積分初值包括如下步驟：設(shè)θr1*為常規(guī)方法辨識(shí)出的轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角度；若采用電壓積分計(jì)算θr1*，則包括如下步驟：ψrα1＝∫(uα1-iα1R)dt-L0siα1ψrβ1＝∫(uβ1-iβ1R)dt-L0siα1；ψrα1和ψrβ1是轉(zhuǎn)子基波αβ軸的磁鏈，R和L0s分別是電機(jī)每相電阻和漏感，利用公式θr1*＝atan2(ψrα1，ψrβ1)計(jì)算轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角度θr1*；當(dāng)θr3＝-π時(shí)，若θr1*在或范圍內(nèi)時(shí)，則確定基波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置θr1為-π。因此，本專利技術(shù)具有如下有益效果：通過利用多相電機(jī)的其它平面分量，提取轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，并根據(jù)各次諧波平面轉(zhuǎn)子磁鏈之間的相互關(guān)系，求得基波磁鏈的位置，由于諧波平面中，諧波對電機(jī)轉(zhuǎn)矩的貢獻(xiàn)很小，完全可以通過電流閉環(huán)設(shè)置強(qiáng)制為0，從而所得的轉(zhuǎn)子磁鏈僅由相應(yīng)的電壓確定，與電機(jī)參數(shù)無關(guān)。從而擺脫了轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)對電機(jī)參數(shù)的依賴性，提高了辨識(shí)的準(zhǔn)確性，在不同工況下，本專利技術(shù)具有更好的魯棒性。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的一種多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)系統(tǒng)控制框圖；圖2本發(fā)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，其特征是，包括如下步驟：(1?1)多相電機(jī)的坐標(biāo)變換和不同諧波平面的解耦；(1?2)提取非基波平面轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角，得到3次諧波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈的角度θ

【技術(shù)特征摘要】
1.一種多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，其特征是，包括如下步驟：(1-1)多相電機(jī)的坐標(biāo)變換和不同諧波平面的解耦；(1-2)提取非基波平面轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角，得到3次諧波轉(zhuǎn)子d軸磁鏈的角度θr3；(1-3)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)子基波平面的磁鏈位置角θr1；(1-4)確定電機(jī)基波平面轉(zhuǎn)子d軸磁鏈位置角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，其特征是，步驟(1-1)包括如下步驟：設(shè)定a相軸線為0°，則n相永磁電機(jī)的各相繞組的繞組函數(shù)Na(γ)，Nb(γ)，Nc(γ)，...，Nn(γ)為：其中，n為奇數(shù)，γ為電機(jī)氣隙圓周的空間電角度；ξ＝2π/n；N1、N3、N5…、N(n-2)是每相繞組繞組函數(shù)的1、3、5…、(n-2)次諧波幅值；含有各次諧波的各相電流為：Ikm和φk為第k次諧波電流的幅值及a相的初始相位，k＝1，3，5…，n-2；ωk為第k次諧波電流的角頻率；利用如下公式計(jì)算n相電機(jī)坐標(biāo)變換矩陣C：利用公式計(jì)算靜止坐標(biāo)系下的d1-q1，d3-q3、…、d(2n-1)-q(2n-1)平面的定子電流iα1、iβ1，iα3、iβ3，…，iα(n-2)、iβ(n-2)、i0；得到id1、iq1，id3、iq3，…，id(n-2)、iq(n-2)、i0；i0為電機(jī)的零序電流分量；同理，Uk和ψk分別是電機(jī)各相k次諧波電壓矢量和磁鏈?zhǔn)噶浚桓鞔沃C波電壓坐標(biāo)變換后分別得到各平面的電壓uα1，uβ1，uα3，uβ3，…，uα(n-2)，uβ3(n-2)，u0；各次諧波磁鏈變換后分別得到各平面的磁鏈ψα1，ψβ1，ψα3，ψβ3，L，ψα(n-2)，ψβ(n-2)，ψ0，u0和ψ0分別為電機(jī)的零序電壓分量和零序磁鏈分量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子位置辨識(shí)方法，其特征是，步驟(1-2)包括如下步驟：設(shè)定id3＝iq3＝0，則d3-q3平面轉(zhuǎn)子αβ軸的磁鏈分別為：ψrα3＝∫uα3dtψrβ3＝∫uβ3dt；uα3、uβ3是三次諧波電流閉環(huán)得到dq軸下的電壓，并反變換后得到；...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：康敏，葛明，黃進(jìn)，張運(yùn)昌，王建峰，
申請(專利權(quán))人：杭州富生電器有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33