一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法
2023-12-10 08:03:22 1
一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測。本發明在實現變電站巡視機器人PMSM順利啟動的同時，可以準確、有效的實時檢測變電站巡視機器人PMSM的轉子位置信息。
【專利說明】—種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測。
【背景技術】
[0002]目前，在各種結構的機器人系統中，由於採用永磁同步電機(PMSM)的方案效率較高，因此這種方案具有著重要的地位。特別是在電力機器人和小型機器人中，PMSM由於這些優點而得到了更多的應用。但是，一般情況下，機器人的驅動電機採用機械式位置傳感器來檢測電機的轉速和動子位置，如光電編碼器和旋轉變壓器。然而，機械式傳感器的存在帶來了很多弊端:1)電機與控制器之間的連接元件增多，坑幹擾能力變差，降低了系統可靠性；2)加大了電機空間尺寸和體積,減少了功率密度,增加了系統的硬體成本和維護成本；
3)在高溫與強腐蝕環境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導致電機驅動系統無法正常工作。
[0003]而能否對轉子初始位置進行準確估計是永磁同步發電機高性能控制策略(矢量控制或直接轉矩)和無位置傳感器運行實現的前提條件，也是關係到機器人是否順利起動，以及能否實現最大轉矩起動的關鍵問題；因此，轉子初始位置檢測一直是工程技術界研究的熱點和難點問題之一，尤其在電力機器人中，因為機器人所進行的操作為基本為高壓操作，檢測的線路非常危險，如果轉子初始位置檢測不準確，會造成電力機器人的反響轉動，結果有可能因為誤操作破壞整個電力線路和機器人，嚴重的甚至會造成高壓短路。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起，在有效的對變電站巡視機器人PMSM轉子初始位置進行估計的同時，可以準確、有效的實時檢測變電站巡視機器人PMSM運行後的轉子位置信息。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0006]一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測，具體包括如下步驟:
[0007](I)在PMSM轉子初始位置檢測時採用初始位置跟蹤閉環控制系統，首先在電流開環的情況下，在兩相旋轉cl-#坐標系下注入高頻電壓信號，通過構建轉子位置跟蹤閉環系統，估計出PMSM轉子初始位置；
[0008] (2)變電站巡視機器人運行後，採用旋轉高頻電壓注入法實時檢測PMSM轉子位置，通過軟體鎖相環實現對負序高頻電流的相位的跟蹤，從而獲取矢量角誤差，同時採用PI調節器調節矢量角的誤差使之趨於零，使PMSM轉子位置的估計值ξ收斂於真實值Θ P對*
作時間微分，獲得PMSM轉子角速度鐵.:為了避免PMSM電機多重凸極效應的影響，在高頻電壓注入法的結構上加入雙重凸極解耦觀測器；為解決在高速下由於外界幹擾而可能導致的轉子位置估計失真的情況，加入轉子位置抗幹擾觀測器；
[0009](3)每一個PWM周期中都有三個線性無關的電壓矢量，這三個電壓矢量造成d/q軸電壓的變化，同時結合PMSM電感辨識模型，利用實時遞推法對PMSM的d/q軸電感進行在線辨識，並將得到的電感參數輸入到PI調節器中，對負相序電流幅值進行補償，以更為準確的對PMSM的位置進行觀測。
[0010]有益效果:本發明提供的基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起，具有如下有益效果:1、採用跟蹤閉環控制系統，能夠非常準確的檢測變電站巡視機器人PMGM的轉子初始位置，有效地改善了已有方法存在的算法執行時間長、實施複雜等缺點；2、在避免電機多重凸極效應的影響同時，解決了在高速下由於外界幹擾而可能導致觀測器轉子位置失真的情況；3、通過PMSM電感辨識模型在線辨識d/q軸電感，並得到的電感參數輸入到PI調節器中，實現了對變電站巡視機器人PMSM更為準確的觀測；4、節約了硬體成本和維修成體，同時提高了系統的抗幹擾性和魯棒性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為旋轉高頻電壓信號注入原理圖；
[0012]圖2為用於高頻電壓注入法的雙重凸極解耦觀測器模型圖；
[0013]圖3為用於高頻電壓注入法的轉子位置坑幹擾觀測器觀測原理圖；
[0014]圖4為初始位置跟蹤閉環控制系統；
[0015]圖5為變電站巡視機器人控制框圖；
[0016]圖6為實測的轉子位置與本專利方案檢測的對比圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0018]一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測，具體包括如下步驟:
[0019](I)在PMSM轉子初始位置檢測時採用初始位置跟蹤閉環控制系統，首先在電流開環的情況下，在兩相旋轉1-1坐標系下注入高頻電壓信號，通過構建轉子位置跟蹤閉環系統，估計出PMSM轉子初始位置；
[0020](2)變電站巡視機器人運行後，採用旋轉高頻電壓注入法實時檢測PMSM轉子位置，通過軟體鎖相環實現對負序高頻電流的相位的跟蹤，從而獲取矢量角誤差，同時採用PI調節器調節矢量角的誤差使之趨於零，使PMSM轉子位置的估計值ξ收斂於真實值Θ P對慫作時間微分，獲得PMSM轉子角速度電；為了避免PMSM電機多重凸極效應的影響，在高頻電壓注入法的結構上加入雙重凸極解耦觀測器；為解決在高速下由於外界幹擾而可能導致的轉子位置估計失真的情況，加入轉子位置抗幹擾觀測器；
[0021](3)每一個PWM周期中都有三個線性無關的電壓矢量，這三個電壓矢量造成d/q軸電壓的變化，同時結合PMSM電感辨識模型，利用實時遞推法對PMSM的d/q軸電感進行在線辨識，並將得到的電感參數輸入到PI調節器中，對負相序電流幅值進行補償，以更為準確的對PMSM的位置進行觀測。
[0022]下面就本發明的設計思想加以具體說明。
[0023]旋轉高頻電壓信號注入的原理如圖1所示，設旋轉高頻電壓信號的角頻率為幅值為Vsi，則旋轉高頻電壓信號Vi9U表示為:
【權利要求】
1.一種基於高頻注入法的變電站巡視機器人位置檢測方法，其特徵在於:將初始位置跟蹤閉環控制系統、旋轉高頻電壓注入法、PMSM電感辨識模型、多重凸極解耦觀測器和轉子位置抗幹擾觀測器結合在一起進行轉子位置角檢測，具體包括如下步驟: (1)在PMSM轉子初始位置檢測時採用初始位置跟蹤閉環控制系統，首先在電流開環的情況下，在兩相旋轉坐標系下注入高頻電壓信號，通過構建轉子位置跟蹤閉環系統，估計出PMSM轉子初始位置；(2)變電站巡視機器人運行後，採用旋轉高頻電壓注入法實時檢測PMSM轉子位置，通過軟體鎖相環實現對負序高頻電流的相位的跟蹤，從而獲取矢量角誤差，同時採用PI調節器調節矢量角的誤差使之趨於零，使PMSM轉子位置的估計值4收斂於真實值Θ P對綠作時間微分，獲得PMSM轉子角速度# ;為了避免PMSM電機多重凸極效應的影響，在高頻電壓注入法的結構上加入雙重凸極解耦觀測器；為解決在高速下由於外界幹擾而可能導致的轉子位置估計失真的情況，加入轉子位置抗幹擾觀測器； (3)每一個PWM周期中都有三個線性無關的電壓矢量，這三個電壓矢量造成d/q軸電壓的變化，同時結合PMSM電感辨識模型，利用實時遞推法對PMSM的d/q軸電感進行在線辨識，並將得到的電感參數輸入到PI調節器中，對負相序電流幅值進行補償，以更為準確的對PMSM的位置進行觀測。
【文檔編號】H02P6/16GK103997263SQ201410231921
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】餘海濤, 孟高軍, 胡敏強, 黃磊 申請人:東南大學