一种永磁同步电机的相电压采样与重构方法与流程

本发明涉及永磁同步电机，特别是涉及一种永磁同步电机的相电压采样与重构方法。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，无刷电机进入高速发展时代，各种各样的无刷电机运用在各行各业，方便了人们的生产生活，深受广大客户的青睐。特别的，永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine)，简称“pmsm”，是一种通过电磁感应原理进行工作的电机。永磁同步电动机由定子、转子和端盖等部件构成。其以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性；又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。其具有体积小、结构简单以及功率密度高等优点，被广泛地应用于位置跟踪控制系统中。

2、为了让永磁同步电机能够实现高性能的无位置传感器控制(简称：无感控制)，通常需要对电机的三相电压信号进行采样。由于电机控制器直接输出的都是高频开关电压信号，直接采样并不可取，需要转换成可供采样的模拟电压信号。传统的解决方法通常是在采样前加上一级rc低通滤波器，该低通滤波器的截止频率被设计成远小于开关频率，这样，高频的开关电压信号便被过滤掉，只保留能够反映电机运转情况的相电压基波信号。但同时也由于低通滤波器的存在，不可避免地会对相电压的基波信号产生一定程度的衰减和相移，使采样到的信号不能很好的反映出真实的相电压。这种现象在电机处于高速运转状态下会尤为严重，因为其本身就具有较高频率的相电压基波，低通滤波器会对这一频率的基波产生严重的幅值衰减及相位滞后。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对如何在电机的全速域运行范围内都能准确地通过采样相电压信号重构出真实的相电压的技术问题，提供一种永磁同步电机的相电压采样与重构方法。

2、本发明提供了一种永磁同步电机的相电压采样与重构方法，包括如下步骤：

3、获取采样电路的rc低通滤波器的输出相电压vout和当前电机的电角速度ω；

4、根据采样电路的传递函数，由输出相电压vout和电角速度ω，得到相电压vin和输出相电压vout的幅度修正因子以及相位修正因子；

5、利用幅度修正因子以及相位修正因子对进行clark变换后的输出相电压vout进行修正，得到修正后的由正余弦函数表达的相电压vin；

6、由幅度修正因子及相位修正因子的表达式，根据电角速度ω、采样电路的滤波电容c、分压电阻r1、r2，构建第一简化参数p以及第二简化参数q；

7、利用第一简化参数p和第二简化参数q构建相位修正因子的正余弦值，利用第二简化参数q构建幅度修正因子；

8、将构建的幅度修正因子和相位修正因子的正余弦值分别代入相电压vin的表达式中，得到不含任何三角函数的相电压vin的简化式。

9、在其中一个实施例中，所述采样电路的传递函数为：

10、

11、其中，r1和r2为rc低通滤波器的分压电阻，c为滤波电容，s为复频率。

12、在其中一个实施例中，所述根据采样电路的传递函数，由输出相电压vout和电角速度ω，得到相电压vin和输出相电压vout的幅度修正因子以及相位修正因子的步骤，包括：

13、根据拉氏变换，令s＝jω，由上述(1)式，得到vin和vout的幅度之比为：

14、

15、vin和vout的相位偏差为：

16、

17、由(2)式可得到幅度修正因子：

18、

19、由(3)式可得到相位修正因子：

20、

21、在其中一个实施例中，所述clark变换后的输出相电压vout为：

22、

23、在其中一个实施例中，所述由幅度修正因子及相位修正因子的表达式，根据电角速度ω、采样电路的滤波电容c、分压电阻r1、r2，构建第一简化参数p以及第二简化参数q的步骤，包括：

24、根据当前电机的电角速度ω、采样电路的滤波电容c、分压电阻r1、r2，构建第一简化参数p，

25、

26、再由第一简化参数p计算出第二简化参数q，

27、

28、在其中一个实施例中，所述利用第一简化参数p和第二简化参数q构建相位修正因子的正余弦值，利用第二简化参数q构建幅度修正因子的步骤，包括：

29、根据(6)式可知相位修正因子与第一简化参数p的关系为：因此相位修正因子的正余弦值可由第一简化参数p以及第二简化参数q计算得到：

30、

31、根据(5)、(8)、(9)式可知，幅度修正因子可用第二简化参数q计算得到：

32、

33、在其中一个实施例中，所述修正后的由正余弦函数表达的相电压vin为：

34、

35、在其中一个实施例中，所述无任何三角函数表达的简化后的相电压vin为：

36、

37、上述永磁同步电机的相电压采样与重构方法，通过已知的参数rc低通滤波器的输出相电压vout、当前电机的电角速度ω，利用采样电路的传递函数得到相电压vin和输出相电压vout的幅度修正因子以及相位修正因子，利用幅度修正因子以及相位修正因子对进行clark变换后的输出相电压vout进行修正，进而得到修正后的由正余弦函数表达的相电压vin，此时已完成相电压的重构，但由于该相电压重构算法涉及到大量的三角函数计算，对控制器的性能要求较高，不利于控制器的普遍实现，因此，对幅度修正因子以及相位修正因子，由幅度修正因子及相位修正因子的表达式，根据电角速度ω、采样电路的滤波电容c、分压电阻r1、r2，构建第一简化参数p以及第二简化参数q；利用第一简化参数p和第二简化参数q构建相位修正因子的正余弦值：利用第二简化参数q构建幅度修正因子m；将构建的幅度修正因子m和相位修正因子的正余弦值分别代入相电压vin的表达式中，得到不含任何三角函数的相电压vin的简化式，也即是得到无任何三角函数表达的简化后的相电压vin，也就是说简化后的相电压重构算法不涉及任何正反三角函数计算。本发明的永磁同步电机的相电压采样与重构方法能够保证电机在全速域运行范围内都能准确地通过采样相电压信号重构出真实的相电压，并且简化了计算方法，降低了对控制器的性能要求。

技术特征：

1.一种永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述采样电路的传递函数为：

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述根据采样电路的传递函数，由输出相电压vout和电角速度ω，得到相电压vin和输出相电压vout的幅度修正因子以及相位修正因子的步骤，包括：

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述clark变换后的输出相电压vout为：

5.根据权利要求4所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述由幅度修正因子及相位修正因子的表达式，根据电角速度ω、采样电路的滤波电容c、分压电阻r1、r2，构建第一简化参数p以及第二简化参数q的步骤，包括：

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述利用第一简化参数p和第二简化参数q构建相位修正因子的正余弦值，利用第二简化参数q构建幅度修正因子的步骤，包括：

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述修正后的由正余弦函数表达的相电压vin为：

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其特征在于，所述无任何三角函数表达的简化后的相电压vin为：

技术总结
本发明公开了一种永磁同步电机的相电压采样与重构方法，其通过输出相电压V<subgt;out</subgt;、当前电机的电角速度ω，利用采样电路的传递函数得到相电压V<subgt;in</subgt;和输出相电压V<subgt;out</subgt;的幅度修正因子以及相位修正因子，利用幅度修正因子以及相位修正因子对进行Clark变换后的输出相电压V<subgt;out</subgt;进行修正，进而得到修正后的由正余弦函数表达的相电压V<subgt;in</subgt;，再构建第一简化参数P、第二简化参数Q，利用第一简化参数P和第二简化参数Q构建相位修正因子的正余弦值，利用第二简化参数Q构建幅度修正因子并代入相电压V<subgt;in</subgt;的表达式中，得到不含任何三角函数的相电压V<subgt;in</subgt;的简化式。该永磁同步电机的相电压采样与重构方法，简化了计算方法，降低了对控制器的性能要求，有利于控制器的普遍实现。

技术研发人员：陈定罡,聂金安,林国环
受保护的技术使用者：华翼动力科技（东莞）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2