方波高频注入的磁极辨识

      大家好,我是程序小羊,接上篇文章,我们知道了方波高频注入的原理,也不是很难嘛,在文章的结尾处我们谈到了磁极识别,这是重点所以我打算好好聊一聊,为什么是这个是重点呢,因为如果这个识别不准,电机很可能不转或者反转。

      前面提到 注入的高频方波信号uˆdh uˆqh 的表达式为如下所示, 其中, Uh 为注入方波的幅值, k 为离散采样时刻  

        前面我们知道, αβ 坐标系下高频响应电流成分对应高频激励可表示为  

       那么我们把公式1带入公式2,则有了

       当估计转子角度收敛至实际值时,有 Δθ≈0, 则式(10) 可化简为  

      观察上述表达式, 由于(-1)k 项的存在, 在进行转子位置观测前需要对此信号进行正负判断, 略去该高频项。将上述 β、 α 轴两相高频响应电流直接进行相除,可直接消去(-1)k 项,并得到

      式中的转子角度信息可直接通过反正切计算提取, 但在高频激励下反正切运算会存在较大的误差,进而对转子角度辨识结果造成较大的影响

       因此可以通过构建转子位置观测器来辨识转子位置

         其中误差信息解耦原理基于如下公式, 利用正切函数解耦出转子位置误差信息,其表达式如下  

         由上述可知,使得 使得函数收敛的 Δθ 的值在转子一个周期内可能为 ,但也可能为 180°,即完成对转子位置的初步辨识后得到的ˆ 极性可能是 N极或 S 极。因此需要对初步辨识出来的转子位置进行极性辨识,并作出相应的补偿 。

          在永磁同步电机的设计中,一般为了充分的利用永磁体,会将永磁同步电机设计为临界磁饱和状态。 当磁路未饱和时,定子磁链呈现线性规律, 此时的等效电感为不随电流变化的恒值 , 当磁路饱和时,定子磁链呈现非线性规律, 定子电流增大会加深磁饱和程度, 此时的等效电感会随着电流的增大而减小。 基于磁路饱和原理,可以采用在辨识的转子位置上,通过改变 d 轴基波参考电流 idref 来辨识转子极性。 极性辨识补偿的转子角度记为 θcθc=0°180°。 当 idref 方向和磁极方向同向时,磁路饱和程度加深, d 轴电感变小、 高频响应电流幅值变大。反之反之。

         利用这个特性,我们可以在idref施加两次方向相反,幅值相同的直流偏置信号来判断转子极性。 为了保证辨识准确性,在 idref 作用时, 累积高频响应电流幅值并求平均: 在正向直流偏置作用采样时刻 ka~kb 内求高频响应电流平均值 I1; 在反向直流偏置作用采样时刻 kc~kd 内求高频响应电流平均值 I2。 kb~kc 内将 idref 恢复为 0 。

         通过对比累加后的电流大小来判别转子磁性:若 I1>I2, 则判断转子极性为 N 极,无需补偿, θc=0°;反之则判断转子极性为 S 极,需补偿 θc=180°。

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