CN114301348B - 一种脉振高频注入无位置传感器的控制方法和控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉振高频注入无位置传感器的控制方法和控制系统，可以先通过当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq获取高频电感Ldh，然后通过高频电感Ldh计算获取需要注入的高频电压Udhref；或是直接采样实际高频电流Idh，通过目标高频电流Idhref与实际高频电流Idh的差值ΔIdh来输出目标高频电压Udhref；或是通过深度学习的神经网络依据当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq直接计算获得目标高频电压Udhref，这三种方式所获取的高频电压Udhref都将使得实际的高频电流Idh处于预设范围内，不会偏高或者偏低，故可以避免系统的噪声问题和信号提取困难问题。
Description
技术领域
本发明涉及永磁同步电机技术领域，尤其涉及一种脉振高频注入无位置传感器的控制方法和控制系统。
背景技术
永磁同步电机的高性能调速控制，一般都需要位置传感器，比如旋转编码器、光电编码器等。安装位置传感器不仅成本高、体积大、机械可靠性低，还会带来安装时的同心度问题，采用高可靠性的无位置传感器控制算法是一种有效的解决方案。
已有的基于电机反电势的六相永磁同步电机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。
永磁同步电机运行在零低速时，常采用基于电机凸极效应的高频电压信号注入算法，可以在不同的参考坐标系下注入不同形式的电压信号，其中比较成熟的有高频脉振方波电压信号注入法。
脉振高频电压注入法是向估计的两相旋转坐标系的直轴上注入高频正弦电压信号，由此产生一个高频脉振的磁场，该电压信号能够激励电机产生电感饱和效应，使得表贴式永磁同步电机呈现“凸极性”，通过检测包含有转子位置信息的高频电流响应，将此响应信号解调后就可得到转子位置与转速，从而实现无位置传感器控制；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。
参见附图1，常用的脉振高频注入法，在d轴注入高频电压Udh，注入幅值恒定的高频电压Udh时，当运行工作点基波电流Id*变小，电机磁饱和程度下降，Ldh增大，高频电流Idh会变小，会产生信号提取困难问题；而当运行工作点基波电流Id*变大，电机磁饱和程度增强，Ldh减小，高频电流Idh变大，又会使控制系统产生噪声问题。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种可以保持高频电流基本不变的脉振高频注入无位置传感器的控制方法和控制系统。
本发明公开了一种脉振高频注入无位置传感器的控制方法，包括如下步骤：设定高频电流Idh波动的预设范围；获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh；根据公式Idh＝Udh/ωh·Ldh调节高频电压Udh使得高频电流Idh不超过预设范围，其中ωh·Ldh为电机的d轴高频阻抗，ωh为高频注入频率；或设定目标高频电流Idhref，实时采样实际高频电流Idh，并获取所述目标高频电流Idhref与所述实际高频电流Idh的差值ΔIdh，将所述差值ΔIdh输入闭环调节器，所述闭环调节器输出目标高频电压Udhref，依据所述目标高频电压Udhref的值注入高频电压；或获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过深度学习的神经网络计算获取当前的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的目标高频电压Udh，依据所述目标高频电压Udhref的值注入高频电压。
优选的，所述通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh包括：建立d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh的离线表格，根据所述离线表格查找到不同的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的电感Ldh。
优选的，所述建立d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh的离线表格包括：通过电机仿真获取d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh之间的对应关系数据集，通过所述对应关系数据集建立所述离线表格；或通过离线测试获取d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh之间的对应关系数据集，通过所述对应关系数据集建立所述离线表格。
优选的，所述根据公式Idh＝Udh/ωh·Ldh，调节高频电压Udh使得任意时刻的高频电流Idh之间的变化值不超过预设变化值包括：以预设时间段为间隔调节高频电压Udh，使得任意时刻的高频电流Idh不超过所述预设范围，或使得每次调节后的高频电流Idh不超过所述预设范围。
优选的，所述以预设时间段为间隔调节高频电压Udh，使得任意时刻的高频电流Idh不超过预设范围包括：实时监测高频电流Idh，若当前高频电流Idh超过所述预设范围，则通过调节器调节当前高频电流Idh使得当前高频电流Idh位于所述预设范围内。
优选的，所述通过深度学习的神经网络计算获取不同的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的高频电压Udh包括：所述神经网络学习：在高频电流Idh的所述预设范围内，不同的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的高频电压Udh；根据不同的d轴电流Id、q轴电流Iq获取所对应的高频电压Udh。
本发明还公开了一种脉振高频注入无位置传感器的控制系统，包括相连接的处理模块、和神经网络模块；所述处理模块设定高频电流Idh波动的预设范围，并获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh；根据公式Idh＝Udh/ωh·Ldh调节高频电压Udh使得高频电流Idh不超过预设范围，其中ωh·Ldh为电机的d轴高频阻抗，ωh为高频注入频率；或所述处理模块设定目标高频电流Idhref，实时采样实际高频电流Idh，并获取所述目标高频电流Idhref与所述实际高频电流Idh的差值ΔIdh，将所述差值ΔIdh输入闭环调节器，所述闭环调节器输出目标高频电压Udhref，依据所述目标高频电压Udhref的值注入高频电压；或所述处理模块获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，并通过深度学习的神经网络计算获取当前的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的目标高频电压Udh，依据所述目标高频电压Udhref的值注入高频电压。
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.不论是先通过当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq获取高频电感Ldh，然后通过高频电感Ldh计算获取需要注入的高频电压Udhref；还是直接采样实际高频电流Idh，通过目标高频电流Idhref与实际高频电流Idh的差值ΔIdh来输出目标高频电压Udhref；又或是通过深度学习的神经网络依据当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq直接计算获得目标高频电压Udhref，这三种方式所获取的高频电压Udhref都将使得实际的高频电流Idh处于预设范围内，不会偏高或者偏低，故可以避免系统的噪声问题和信号提取困难问题。
附图说明
图1为本发明提供的脉振高频注入无位置传感器的控制方法流程图；
图2为本发明提供的通过目标高频电流值Idhref与采样的高频电流值Idh的差值输入闭环调节器以实时调节Udh的幅值的控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
本发明公开了一种脉振高频注入无位置传感器的控制方法，通过调控高频电压Udh，来使得高频电流Idh基本不变，从而避免高频电流Idh偏高或者偏低而产生的系统噪声问题和信号提取困难问题，本发明提供了三种调控高频电压Udh的方法。
第一种是通过公式计算获取高频电压Udh，通过调节高频电压Udh来调节高频电流Idh，使其不超过预设范围。具体的：
设定高频电流Idh波动的预设范围，该预设范围即是高频电流Idh不会引起系统噪声问题和信号提取困难问题的范围；
获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh；
根据公式Idh＝Udh/ωh·Ldh(其中ωh·Ldh为电机的d轴高频阻抗，ωh为高频注入频率)可知，注入幅值恒定的高频电压Udh时，高频电流Idh大小与电感Ldh呈反比，当获知了电感Ldh，即可输出高频电流Idh的值，故可以通过调节高频电压Udh来调节高频电流Idh，使得高频电流Idh不超过预设范围。
较佳的，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh，可以通过建立d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh的离线表格，根据离线表格查找到不同的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的电感Ldh。
具体的，通过电机仿真获取d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh之间的对应关系数据集，通过对应关系数据集建立离线表格。或是通过离线测试获取d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh之间的对应关系数据集，通过对应关系数据集建立离线表格。
较佳的，以预设时间段为间隔调节高频电压Udh，可以使得任意时刻的高频电流Idh不超过预设范围，或使得每次调节后的高频电流Idh不超过预设范围。
可以理解为，有两种调节结果，一种是单纯地保证每次调节后高频电流Idh不超过预设范围，另一种是除了保证每次调节后高频电流Idh不超过预设范围，还需要保证每次调节过程之间的时间，高频电流Idh也不超过预设范围，这就需要实时监测机制。
具体的，当使得任意时刻的高频电流Idh不超过预设范围时，可以采用实时监测高频电流Idh，若当前高频电流Idh超过预设范围，则通过调节器调节当前高频电流Idh使得当前高频电流Idh位于预设范围内的方法来实现。
第二种是设定目标高频电流Idhref，参见附图2，实时从电机采电流数据，通过abc自然坐标轴至dq轴的坐标变换，得到d轴电流Id，将d轴电流Id经过高通滤波器进行滤波，以得到实际高频电流Idh，再获取目标高频电流Idhref与实际高频电流Idh的差值ΔIdh，将差值ΔIdh输入闭环调节器，闭环调节器输出目标高频电压Udhref，将目标高频电压Udhref的值经过dq轴至abc自然坐标轴的坐标变换，最后通过控制器输入电机。
第二种方法通过电流采样得到高频电流Idh幅值，目标高频电流值Idhref与采样的高频电流值Idh的差值输入闭环调节器，实时调节Udh的幅值，即可保持高频电流Idh恒定不变。
第三种是获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，再直接通过深度学习的神经网络计算输出当前的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的目标高频电压Udh，最后依据目标高频电压Udhref的值注入高频电压。
首先要进行神经网络的学习过程，前期包括采集大量测试数据或实际工作数据来组成训练集数据，通过训练集数据进行训练。训练集数据包括在高频电流Idh的预设范围内不同的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的高频电压Udh，和根据不同的d轴电流Id、q轴电流Iq获取所对应的高频电压Udh。
本发明还公开了一种脉振高频注入无位置传感器的控制系统，包括相连接的处理模块、和神经网络模块，处理模块可以理解为电机控制器。
可以通过处理模块设定高频电流Idh波动的预设范围，并获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh；根据公式Idh＝Udh/ωh·Ldh调节高频电压Udh使得高频电流Idh不超过预设范围，其中ωh·Ldh为电机的d轴高频阻抗，ωh为高频注入频率。
还可以处理模块设定目标高频电流Idhref，实时采样实际高频电流Idh，并获取目标高频电流Idhref与实际高频电流Idh的差值ΔIdh，将差值ΔIdh输入闭环调节器，闭环调节器输出目标高频电压Udhref，依据目标高频电压Udhref的值注入高频电压。
还可以通过处理模块获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，并通过深度学习的神经网络计算获取当前的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的目标高频电压Udh，依据目标高频电压Udhref的值注入高频电压。
上述三种方法都可以实现保证高频电流Idh基本不变的目的，避免了高频电流Idh波动较大而产生的系统噪声问题和信号提取困难问题。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种脉振高频注入无位置传感器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
设定高频电流Idh波动的预设范围；获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh；根据公式Idh＝Udhωh·Ldh调节高频电压Udh使得高频电流Idh不超过预设范围，其中ωh·Ldh为电机的d轴高频阻抗，ωh为高频注入频率，包括：以预设时间段为间隔调节高频电压Udh，使得任意时刻的高频电流Idh不超过所述预设范围，或使得每次调节后的高频电流Idh不超过所述预设范围；实时监测高频电流Idh，若当前高频电流Idh超过所述预设范围，则通过调节器调节当前高频电流Idh使得当前高频电流Idh位于所述预设范围内。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh包括：
建立d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh的离线表格，根据所述离线表格查找到不同的d轴电流Id、q轴电流Iq所对应的电感Ldh。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述建立d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh的离线表格包括：
通过电机仿真获取d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh之间的对应关系数据集，通过所述对应关系数据集建立所述离线表格；
或通过离线测试获取d轴电流Id、q轴电流Iq和电感Ldh之间的对应关系数据集，通过所述对应关系数据集建立所述离线表格。
4.一种脉振高频注入无位置传感器的控制系统，其特征在于，包括相连接的处理模块、和神经网络模块；
所述处理模块设定高频电流Idh波动的预设范围，并获取永磁同步电机的逆变器当前运行状态下的d轴电流Id和q轴电流Iq，通过d轴电流Id和q轴电流Iq获取当前运行状态下的电感Ldh；根据公式Idh＝Udhωh·Ldh调节高频电压Udh使得高频电流Idh不超过预设范围，其中ωh·Ldh为电机的d轴高频阻抗，ωh为高频注入频率，包括：以预设时间段为间隔调节高频电压Udh，使得任意时刻的高频电流Idh不超过所述预设范围，或使得每次调节后的高频电流Idh不超过所述预设范围；实时监测高频电流Idh，若当前高频电流Idh超过所述预设范围，则通过调节器调节当前高频电流Idh使得当前高频电流Idh位于所述预设范围内。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: 201203 3rd floor, building 19, building 8, No. 498, GuoShouJing Road, Pudong New Area (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Shanghai Patentee after: Zhenqu Technology (Shanghai) Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 201203 3rd floor, building 19, building 8, No. 498, GuoShouJing Road, Pudong New Area (Shanghai) pilot Free Trade Zone, Shanghai Patentee before: ZHENQU TECHNOLOGY (SHANGHAI) CO.,LTD. Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address |