采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法
【专利摘要】本发明提供了一种采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法，其包括以下步骤：对于待检测的永磁同步电机，将其转子位置固定，使其在外力作用下不会转动位置；在永磁同步电机和驱动设备上电后，通过采用电流闭环控制，在待测永磁同步电机的d轴和q轴分别产生对应工作点下的d轴电流id和q轴电流iq；建立估计的de-qe轴坐标系，并将其以较低的频率fL相对电机的d-q轴坐标系做逆时针周期性旋转，两坐标系夹角用Δθ表示，旋转一周即Δθ从0增加至2π；通过空间矢量脉宽调制，在保持逆时针旋转的de-qe轴坐标系中的de轴上施加高频电压信号等。本发明不仅简便地检测不同工作点下永磁同步电机的凸极特性，还可检测不同工作点下交叉饱和效应对电机凸极偏移的影响。
【专利说明】采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测方法，具体地，涉及一种采用脉振高频电压注入的永磁同步 电机凸极特性检测方法。
【背景技术】
[0002] 已有的如反电势法、模型参考自适应法、磁链观测器法等基于电机反电势的永磁 同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)无位置传感器控制方法，当电机 运行在低速或零速时，由于电机反电势很小或为零，造成这些控制方法失效。基于高频信号 注入的无位置传感器控制方法依靠电机的凸极特性，不依赖电机参数和反电势，通过位置 估算实现低速和零速下高精度控制，因而具有宽广的应用前景。
[0003] 根据注入信号和解调位置信息方式的不同，可以将高频信号注入的无位置传感器 控制方法分为旋转高频注入法和脉振高频注入法两大类，但是两种方法实现的前提均是永 磁同步电机具有凸极性。电机在运行过程中，由于工作状态的变化和交叉饱和的影响，其自 身的凸极特性会随之偏移，因而为了使高频信号注入的控制方法在不同工作状态运行时均 具有较高的精度和良好的性能，需要对电机处于不同工作点下的凸极特性进行研究。
[0004] 永磁同步电机的凸极特性常以凸极率表征，其意义即为q轴增量电感与d轴增量 电感的比值。因而通常为了了解不同工作状态下电机的凸极特性，需要知道对应工作点下 电机d-q轴的增量电感。一般通过有限元分析（FEA)或者检测的方法获得需要的电感值后 进行分析，但是前者需要耗费大量时间进行仿真计算，且与实际特性仍可能有相当偏差，后 者需要设计繁琐的进行研究。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用脉振高频电压注入的永磁 同步电机凸极特性检测方法，其用凸极特性圆更为直观地表示永磁同步电机的凸极特性， 通过向电机定子绕组施加脉振高频电压信号，不仅简便地检测不同工作点下永磁同步电机 的凸极特性，还可检测不同工作点下交叉饱和效应对电机凸极偏移的影响，更适用于高频 注入无位置传感器控制进行误差修正等优化。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特 性检测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :对于待检测的永磁同步电机，将其转子位置固定，使其在外力作用下不会 转动位置；
[0008] 步骤2 :在永磁同步电机和驱动设备上电后，通过采用电流闭环控制，在待测永磁 同步电机的d轴和q轴分别产生对应工作点下的d轴电流id和q轴电流iq ;
[0009] 步骤3 :建立估计的de-qe轴坐标系，并将其以较低的频率&相对电机的d-q轴坐 标系做逆时针周期性旋转，两坐标系夹角用A 0表示，旋转一周即A 0从〇增加至2 ;
[0010] 步骤4 :通过空间矢量脉宽调制，在保持逆时针旋转的Cf-Cf轴坐标系中的Cf轴上 施加高频电压信号；
[0011] 步骤5 :通过电流传感器采样得到电机(f轴上的响应电流/】和Cf轴上的响应电流 g，经过处理得到高频响应电流的幅值信息|4|和fc|;
[0012] 步骤6 :将高频响应电流幅值信息的相位和对应的估计Cf-Cf轴坐标系A 0比较， 得到由交叉饱和效应造成的电机凸极位置偏移角
[0013] 步骤7:将高频响应电流的幅值信息|4|和|匕|合成作出李萨如图形，即将(f轴高 频响应电流幅值|4|作为横坐标，将Cf轴高频响应电流幅值I作为纵坐标，得到电机对应 工作点下的凸极特性圆，圆的半径越大凸极特性越强；
[0014] 步骤8 :依次重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7,得到不同工作点下 待测永磁同步电机的凸极位置偏移角em和凸极特性圆。
[0015] 优选地，所述步骤2所述的电流闭环控制是：采用d-q轴解耦控制电机电流，即分 别采用一个带比例积分控制器的负反馈控制回路控制d轴电流和q轴电流，将得到的d_q 轴电压参考信号经由空间矢量脉宽调制后给出驱动设备的脉冲开关信号，进而驱动电机。
[0016] 优选地，所述步骤3所述的频率&的范围是1?IOHz。
[0017] 优选地，所述步骤4所述的高频电压信号形式是：ViC0S2 JI ? it，其中ViS电压信 号的幅值，％为电压信号的频率。
[0018] 优选地，所述步骤5所述的处理过程是：将cf轴响应电流和cf轴响应电流^乘 以2sin2 ?4,再通过低通滤波器（LPF)得到高频响应电流的幅值信息|4|和处理过 程和得到的幅值信息表达式可用下式表示：
【权利要求】
1. 一种采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法，其特征在于，其包 括以下步骤： 步骤1:对于待检测的永磁同步电机，将其转子位置固定，使其在外力作用下不会转动 位置； 步骤2 :在永磁同步电机和驱动设备上电后，通过采用电流闭环控制，在待测永磁同步 电机的d轴和q轴分别产生对应工作点下的d轴电流id和q轴电流iq ; 步骤3 :建立估计的cf-qe轴坐标系，并将其以较低的频率&相对电机的d_q轴坐标系 做逆时针周期性旋转，两坐标系夹角用A0表示，旋转一周即A0从〇增加至2 ; 步骤4 :通过空间矢量脉宽调制，在保持逆时针旋转的cf-cf轴坐标系中的cf轴上施加 高频电压信号； 步骤5 :通过电流传感器采样得到电机cf轴上的响应电流g和cf轴上的响应电流< ' 经过处理得到高频响应电流的幅值信息|4|和|'|; 步骤6:将高频响应电流幅值信息的相位和对应的估计cf-cf轴坐标系A0比较，得到 由交叉饱和效应造成的电机凸极位置偏移角0m; 步骤7 :将高频响应电流的幅值信息|4|和|。|合成作出李萨如图形，即将cf轴高频响 应电流幅值|匕|作为横坐标，将cf轴高频响应电流幅值|。|作为纵坐标，得到电机对应工作 点下的凸极特性圆，圆的半径越大凸极特性越强； 步骤8 :依次重复步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7,得到不同工作点下待测 永磁同步电机的凸极位置偏移角9m和凸极特性圆。
2. 根据权利要求1所述的采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法， 其特征在于，所述步骤2所述的电流闭环控制是：采用d-q轴解耦控制电机电流，即分别采 用一个带比例积分控制器的负反馈控制回路控制d轴电流和q轴电流，将得到的d_q轴电 压参考信号经由空间矢量脉宽调制后给出驱动设备的脉冲开关信号，进而驱动电机。
3. 根据权利要求1所述的采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法， 其特征在于，所述步骤3所述的频率4的范围是1?10Hz。
4. 根据权利要求1所述的采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法， 其特征在于，所述步骤4所述的高频电压信号形式是：ViC〇s2 ? 土其中\为电压信号的 幅值，％为电压信号的频率。
5. 根据权利要求4所述的采用脉振高频电压注入的永磁同步电机凸极特性检测方法， 其特征在于，所述步骤5所述的处理过程是：将cf轴响应电流^和cf轴响应电流<乘以 2Sin2Ji 再通过低通滤波器（LPF)得到高频响应电流的幅值信息|匕|和^^处理过程 和得到的幅值信息表达式可用下式表示：
其中em表示由交叉饱和效应造成的电机凸极位置偏移角。
【文档编号】G01R31/34GK104407292SQ201410664360
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】林环城, 王志新 申请人:上海交通大学