初始位置传感器 永磁同步电机初始位置辨识的新方法，准确简便响应快
永磁同步电机初始位置辨识的新方法，准确简便响应快
传统高频方波电压注入法辨识内置式永磁同步电机的转子初始位置时，存在多个零点，闭环调节收敛时间长，无法准确辨识磁极极性等问题，导致电机起动失败甚至反转。为此，湖南大学电气与信息工程学院的研究人员姜燕、刘思美、罗德荣、黄守道、吴轩，在2019年第19期《电工技术学报》上撰文，提出一种基于高频正交方波电压注入的转子初始位置辨识方法。
内置式永磁同步电机（Interior Permanent MagnetSynchronous Machine, IPMSM）具有效率高、功率密度大等特点，被广泛应用于家用电器、电动汽车、新能源发电和航空航天等领域。永磁同步电机的无位置传感器控制，在转子初始位置未知的情况下起动，可能导致电机起动电流大，无法起动，甚至出现反转等问题。因此，准确地辨识转子初始位置对提高永磁同步电机无位置传感器控制性能至关重要。
目前，常见的电机转子初始位置辨识方法主要有电压脉冲注入法和高频信号注入法两类。电压脉冲注入法是在直轴注入一系列正负对称的电压脉冲信号，利用电流响应的峰值获得转子初始位置，但该方法需多次注入电压脉冲信号，随着电压矢量方向逼近转子真实位置，电流响应的峰值差距减小，辨识位置的信噪比降低。
高频信号注入法包括高频电流信号注入法和高频电压信号注入法两种。高频电流信号注入法是注入高频电流信号，提取高频响应电压辨识转子位置，该方法的性能受电流环PI参数影响较大。高频电压注入法主要有高频旋转正弦电压注入法、高频脉振电压注入法以及高频方波电压注入法。
高频旋转正弦电压注入法和高频脉振电压注入法均为高频正弦信号注入，需要使用滤波器来获取高频响应电流信号，然后使用该信号辨识转子位置，滤波器的使用降低了系统动态性能。
针对该问题，高频方波电压注入法被提出。该方法在直轴注入高频方波电压，提取交轴上的高频响应电流来辨识转子位置，该方法注入高频方波信号，可直接通过对相邻采样电流作差获取高频响应电流幅值，因此提取转子位置不需要使用滤波器。
但是，由于该方法中观测器的输入信号为交轴高频响应电流幅值，此信号为位置误差信号的正弦函数，存在多个零点，使得获取转子磁极位置信号的闭环调节收敛时间长；同时，该方法是基于电机凸机效应，无法辨识磁极极性；此外，该方法的交轴高频响应电流信号与电机电感参数相关，需要使用电感参数将该信号进行归一化来保证观测器参数设计的通用性。
针对上述问题，湖南大学电气与信息工程学院的研究人员提出了一种基于高频正交方波电压注入的转子初始位置辨识方法。
图2 高频正交方波电压注入转子初始位置辨识原理图
图10 IPMSM实验平台
首先，通过将正交的高频方波电压信号注入静止坐标轴，利用静止坐标轴系下高频响应电流信号辨识磁极位置；然后，在注入高频正交方波电压信号的同时，向直轴注入一个低频正弦电流信号，电机的饱和程度和交直轴电感将产生变化，引起高频响应电流变化，通过对比低频正弦电流的正负峰值附近的高频响应电流的幅值来辨识磁极极性（N极、S极)。
该方法可直接通过求反正切获得转子磁极位置电角度，不需要通过闭环调节获得磁极位置信号，响应速度快，且工程实现容易。为了使得速度观测器参数设计具有通用性，研究人员将反正切得到的信号作为速度观测器输入信号，避免了速度观测器参数设计依赖电感参数。最后在1.5kWIPMSM驱动系统实验平台上验证了该方法的有效性和准确性，并得出如下结论：
1）该方法能准确辨识转子初始位置，当转子在不同位置时，辨识的转子初始位置电角度误差均小于4°；转子初始位置辨识全过程时长可小于30ms。2）该方法具有较好起动性能，突加突卸负载等动态响应快。3）详细分析磁极极性辨识所用的低频正弦电流的幅值和频率选取原则。以上研究成果已发表在2019年第19期《电工技术学报》，论文标题为“基于高频正交方波电压注入的永磁同步电机初始位置辨识”，作者为姜燕、刘思美、罗德荣、黄守道、吴轩。
故障案例】油门踏板位置传感器信号不同步故障案例
车型图片
车型图片
用户反映车辆加速没反映，并且故障灯点亮，在服务站更换了电脑版和油门踏板，排除多个故障点未消除。
按维修逻辑进行操作，优先解决有故障码显示的故障。读取故障码，查找有没有与加速有关的故障码。
诊断步骤：
1.连接诊断仪-进入系统-读取故障码：
读取出现油门踏板相关的故障码（如下图所示），故障表示油门踏板1和油门踏板2之间信号不同步。
故障码图片
普 ：油门踏板又叫油门踏板位置传感器，是用来将驾驶员的意图反映给发动机电脑（ECU），油门踏板位置传感器内部有两个位置传感器，分别为油门踏板1传感器和油门踏板2传感器，正常情况下油门踏板1初始电压为0.7V，油门踏板2初始电压为0.35V，随着驾驶员慢慢踩下油门踏板，踏板1和踏板2电压会同步上升，踏板1的电压，是踏板2的两倍，ECU根据电压上升来判断此时油门踏板被踩下去多少也就是当前的油门踏板位置，一般为百分比表示。
2.读取故障码后，经确认故障码1就是用户所表示的故障现象，也就是需要重点维修的部位。故障码2是由故障码1引起的。
3.开钥匙门（T15档）查看数据流，由于当时急于修复所以未进行截屏，经师傅观察油门踏板2的电压不稳定，在0.46V与1.52V之间波动，属于异常现象，（因为在车辆不着车情况下，踏板1和踏板2的电压应该为0.7V和0.35V之间显示。）所以断定是踏板2的线路出现故障。
4.通查电路图：
电路原理图
油门踏板2的信号线在油门踏板端视6号针脚，在ECU端是K83针脚，使用飞线连接，再次查看数据流的时候发现数据稳定不变化。
师傅决定查看线路找问题，一般新车辆出现线束问题不多，偶尔会出现在装配的时候压到线情况。车辆从驾驶室的油门踏板到ECU共需要经过最少2个插头，一个是油门踏板插头、另一个是驾驶室线束和发动机线束的插头，先从线束开始进行排查
故障点图片
查看插头时发现插头公端有个针脚比其他针脚矮大约3-4mm。
故障点图片
用尖嘴钳尝试调节故障针脚，发现故障点是松的，重新固定针脚后，连接插头试车，故障排除，故障码清除，故障灯熄灭。
总结：在维修的时候需要认真，仔细观察，还要熟练运用诊断仪的数据流来进行维修，观察每一个数据流是怎么形成的，每一条数据的作用，慢慢运用到维修中。
谢谢
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