本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，特别 涉及一种永磁同步电机带速 重新投入的控制方法、 装置及系统。

背景技术

7j磁同步电机（PMSM, Permanent Magnet Synchronous Motor )传动系统 是指以 PMSM为控制对象， 通过调频调压方式控制永磁同步电机的转速和 转 矩的一种新型传动系统。相对于传动的以异步 电机为控制系统的交流传动系统 而言， PMSM传动系统有着结构筒单、 功率密度大， 低速输出扭矩大， 效率 高， 维护方便等一系列交流电机无法媲美的优势， 正逐渐取代异步电机交流传 动系统， 成为未来的主流。

参见图 1 , 该图为现有技术中的 PMSM传动系统示意图。

轨道交通永磁牵引系统主要可以包括控制单元 100、 逆变器 200、 隔离接 触器 300和永磁同步电机 400。

其中， 控制单元 100主要用于控制逆变器 200的运行， 发送 PWM脉沖信 号以控制逆变器 200中各个管子的开关状态，使逆变器 200输出需要的电压为 永磁同步电机 400提供电源；

其中隔离接触器 300连接于逆变器 200和永磁同步电机 400之间；控制单 元 100还用于控制隔离接触器的开关状态，以控制 逆变器 200和永磁同步电机 400之间的连接关系。

PMSM400采用永磁体励磁， PMSM400只要旋转就会在电机端产生反电 势， 利用公式表示如下：

Eo = ω _β ψ _ί ( 1 )

其中， E。为 PMSM400反电动势； 为 PMSM400转子电角速度； ^为

7 磁体磁链。 从公式（1 )可以看出反动势 E。幅值与转子转速 成严格的正比关系。 因此， 当 PMSM400高速旋转时反电动势将有可能比逆变器 200直流侧电 压还要高， 如果 PMSM400空转且在 PMSM400端与逆变器 400之间没有隔离 接触器 300断开而是直接导通，则逆变器 400的电容将全部承受 PMSM400旋 转产生的超高反电动势， 给逆变器 400的电容带来损坏风险。

当逆变器 400有故障发生时， 如果逆变器 400依然被连接到带电压的 PMSM400端， 则有可能给逆变器 400带来二次损害。 所以在轨道交通及其他 的一些工业应用领域都会在 PMSM400与逆变器 400之间加装隔离接触器 300。

带速度重新投入指的是在 PMSM400带速运转的情况下，将逆变器 400投 入， 即隔离接触器 300闭合， 将逆变器 400与 PMSM400进行连接。

永磁同步电机的矢量控制一般通过检测或估计 电机转子磁通的位置及幅 值来控制定子电流或电压， 它的转子磁通位置与转子机械位置相同，故通 过检 测转子电流的实际位置就可以得出转子的磁通 位置，相比异步电机的矢量控制 筒单一些， 在目前对转子位置的测量中， 一般采用机械位置传感器， 但是该方 法成本高， 增大了电机的体积， 使得电机的抗干扰性降低， 同时受温度， 振动 等环境条件的限制较大， 不利于电机的广泛应用， 因此对于无位置传感器的研 究成了永磁同步电机传动系统的一个热点。对 于无位置传感器的研究一般采用 直接计算、 观测器基础上的估算方法、 模型参考自适应、 人工智能等方法。

无论上面的哪种方法都是在电机正常运转起来 之后即闭环控制建立起来 之后的某种位置估算方案。而带速度重新投入 的关键是在电机稳定闭环控制还 没有建立起来之前就必须检测或计算出投入点 的永磁同步电机转子位置与速 度， 这样才能保证电机投入后闭环控制系统能迅速 、 稳定的建立起来。

并且， 以上所有方法没有一个是从系统角度考虑问题 ，也没有考虑重投时 隔离接触器的投入逻辑。无法保证永磁同步电 机投入后闭合控制系统的稳定运 行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步 电机带速重新投入的控制 方法， 能够保证永磁同步电机投入后闭合控制系统的 稳定运行。

本发明实施例提供一种永磁同步电机带速重新 投入的控制方法，包括以下 步骤：

判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧 的电压；

如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电 压， 则控制隔离接触器断 开， 禁止重投操作；

如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器 侧的电压，则继续判断永磁 同步电机的转子转速是否大于预定转速；

如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速， 则控制永磁同步电机处于短 路状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流 最高幅值获得 静止坐标系的 电流角度， 由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流角 度， dq 坐标系的电流角度与 静止坐标系的电流角度的差为转子位置角； 由该转子位置角启动永磁同步电机；

如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定 转速，则给永磁同步电机施 加不同方向的电压空间矢量， 测量永磁同步电机的三相电流， 由永磁同步电机 的三相电流来获得转子位置角， 由该转子位置角启动永磁同步电机。

优选地， 所述控制永磁同步电机处于短路状态， 由永磁同步电机短路状态 的三相电流最高幅值获得 静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处于 短 路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流角度， dq坐标系的电流角度与 静 止坐标系的电流角度的差为转子位置角， 具体为：

施加零电压矢量， 使永磁同步电机处于短路状态；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流： sin( _¾ ) 其中， 7 _¾ 为永磁同步电机处于短路状态的持续时间 ； L _d 、 L分别为直轴 同步电感和交轴同步电感； ^为永磁体磁链； i _d 、 _¾ 分别是定子电流在 d轴和 g 轴上的分量， 分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在 静止坐标系下分解为„、 i _p ,定义^ _j 为 在 静止坐标系的角度；

所述三相电流最高幅值在 dq坐标系的角度为 ：

所述转子位置角为: 优选地， 所述给永磁同步电机施加不同方向的电压空间 矢量， 测量永磁同 步电机的三相电流， 具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量 _sl 和 H _s4 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 A相电流;

封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒； N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量 _s2 和 ii _s5 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 B相电流;

封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量 ii _s3 和 ii _s6 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 C相电流;

其中， _sl 、 _sl 、 n _s3 、 n _s4 、 ^和^依次为逆时针方向依次相差 60度的空 间矢量。

优选地， 所述由永磁同步电机的三相电流来获得转子位 置角， 具体为：

Q = arg(/) - ^- e _ 2

其中， /为三相电流偏差的空间矢量形式； 其中， = l ^L _d + ^L _q )-( ^L _d - ^L _q ) ^cos ]Δί； = ff- [(L _d + L _q )- (L _d - L _q )cos 2(0 _e - 4π )^ί；

Δ c = γ- [ + L _q )~ (L _d - L _q )cos 2(θ _ε - Ιπ/^ΐ。 优选地， 所述永磁同步电机的反电势由以下公式计算：

Eo = ω _β ψ _ί

其中， E。为永磁同步电机反电动势； 为永磁同步电机转子电角速度； _f 为永磁体磁链。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机带速重 新投入的控制装置， 包括： 电压判断单元、 隔离接触器控制单元、 转子转速判断单元、 中高速时转子位置 角获得单元和低速时转子位置角获得单元；

所述电压判断单元，用于判断永磁同步电机的 反电势是否大于逆变器侧的 电压；

所述隔离接触器控制单元，当所述电压判断单 元判断永磁同步电机的反电 势大于逆变器侧的电压， 则控制隔离接触器断开， 禁止重投操作；

所述转子转速判断单元，当所述电压判断单元 判断所述永磁同步电机的反 电势小于或等于逆变器侧的电压，用于判断永 磁同步电机的转子转速是否大于 预定转速；

所述中高速时转子位置角获得单元，当所述转 子转速判断单元判断永磁同 步电机的转子转速大于预定转速时， 用于控制永磁同步电机处于短路状态， 由 永磁同步电机短路状态的三相电流最高幅值获 得 静止坐标系的电流角度， 由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流角度， dq坐标 系的电流角度与 静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由 该转子位置 角启动永磁同步电机；

所述低速时转子位置角获得单元，当所述转子 转速判断单元判断永磁同步 电机的转子转速小于或等于预定转速，用于给 永磁同步电机施加不同方向的电 压空间矢量， 测量永磁同步电机的三相电流， 由永磁同步电机的三相电流来获 得转子位置角， 由该转子位置角启动永磁同步电机。

优选地， 所述中高速时转子位置角获得单元包括： 电机短路控制子单元， 用于施加零电压矢量，使永磁同步电机处于短 路状 态；

电机短路电流在 静止坐标系的角度获得子单元，用于由以下公 式获得 电流在 静止坐标系的角度；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流：

- (l -cos(orj)

L

其中， 7 _¾ 为永磁同步电机处于短路状态的持续时间 ； L _d 、 L分别为直轴 同步电感和交轴同步电感； 为永磁体磁链； i _d 、 ^分别是定子电流在 d轴和 g 轴上的分量， 分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在 静止坐标系下分解为 ^、 ί _β ,定义^ ^为 在 静止坐标系的角度；

Θ, = tan 电机短路电流在 dq坐标系的角度获得子单元， 用于由以下公式获得电流 在 dq坐标系的角度；

- sin« _¾ )

Θ, = tan tan

^(l - cos(^r _s¾ )) 转子位置角第一获得单元， 用于由以下公式获得转子位置角 θ _ε = θ _1άρ - θ _1αβ 。 优选地，所述低速时转子位置角获得单元包括 ：电压空间矢量施加子单元、 三相电流获得子单元和驱动脉沖封锁子单元；

所述电压空间矢量施加子单元， 用于依次不间断地施加电压空间矢量 和 各预定时间段； 所述三相电流获得子单元， 用于获得永磁同步电机的 A 相电流； 所述驱动脉沖封锁子单元， 用于封锁逆变器的驱动脉沖 N 毫秒； N 所述电压空间矢量施加子单元， 用于依次不间断地施加电压空间矢量 _sl 和^各预定时间段， 获得永磁同步电机的 B相电流； 所述驱动脉沖封锁子单 元， 用于封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒； N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元， 用于依次不间断地施加电压空间矢量^ 和^各预定时间段， 获得永磁同步电机的 C相电流；

其中， 、 、 u _s3 , ₄ 、 ^和 ₆ 依次为逆时针方向依次相差 60度的空 间矢量。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机带速重 新投入的控制系统， 包括： 控制单元、 永磁同步电机、 逆变器和隔离接触器；

所述控制单元， 用于控制隔离接触器的导通状态； 所述隔离接触器连接在 所述逆变器和所述永磁同步电机之间；

所述控制单元， 还用于输出驱动脉沖， 以控制逆变器中管子的开关状态； 所述控制单元，还用于判断永磁同步电机的反 电势是否大于逆变器侧的电 压；如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧 的电压，则控制隔离接触器断开， 禁止重投操作； 如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器 侧的电压， 则继 续判断永磁同步电机的转子转速是否大于预定 转速；如果永磁同步电机的转子 转速大于预定转速， 则控制永磁同步电机处于短路状态， 由永磁同步电机短路 状态的三相电流最高幅值获得 静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机处 于短路状态的持续时间计算 dq 坐标系的电流角度， dq 坐标系的电流角度与 静止坐标系的电流角度的差为转子位置角；由 该转子位置角启动永磁同步 电机； 如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定 转速， 则给永磁同步电机 施加不同方向的电压空间矢量， 测量永磁同步电机的三相电流， 由永磁同步电 机的三相电流来获得转子位置角， 由该转子位置角启动永磁同步电机。

优选地， 所述控制单元给永磁同步电机施加不同方向的 电压空间矢量， 测 量永磁同步电机的三相电流， 具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量 _sl 和 ₄ 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 A相电流;

封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒； N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量 和 _s5 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 B相电流;

封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量 ii _s3 和 ii _s6 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 C相电流;

其中， _sl 、 H _s2 、 u _s3 , u _s4 , _s5 和^依次为逆时针方向依次相差 60度的空 间矢量。

与现有技术相比， 本发明具有以下优点：

从系统的角度出发， 由拖车速度获得 PMSM的 。 从而获得 PMSM的反 电势。将反电势与逆变器侧的电压进行比较， 如果反电势高于逆变器侧的电压 则不允许 PMSM带速重投， 反之允许 PMSM带速重投。 PMSM带速重投即将 隔离接触器闭合， 禁止 PMSM带速重投即将隔离接触器断开。 但是 PMSM带 速重投需要知道转子位置角。 因此， 本发明根据 的大小， 分为低速和中高度 两个工况来计算转子位置角， 不同工况对应不同的转子位置角， 由转子位置角 启动 PMSM。 本发明提供的方法从系统角度出发提出了全面 控制方法， 在 PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电� �太大）， 中高速段采用一次 短路法计算转子位置角来确定重投点位置， 低速段采用 INFORM法计算转子 位置角来确定重投点的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作筒单 地介绍，显而易见地， 下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。

图 1是现有技术中的 PMSM传动系统示意图；

图 2是永磁同步电机电压相量图；

图 3 是本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的 控制方法实施例一流 程图；

图 4是本发明提供的中高速段时的一次短路法流� �图；

图 5是本发明提供的不同坐标系下的电流矢量的� �流角度示意图； 图 6是本发明提供的利用 INFORM法计算转子位置角的流程图； 图 7是本发明提供的电压空间矢量示意图；

图 8是本发明提供的电流测量点示意图；

图 9 是本发明提供的永磁同步电机带速重新投入的 控制装置实施例一示 意图；

图 10是本发明提供的装置实施例二示意图；

图 11是本发明提供的装置实施例三示意图；

图 12是本发明提供的永磁同步电机带速重新投入� ��控制系统实施例一示 意图。

具体实施方式

为了本领域技术人员能够更好地理解和实施本 发明的技术方案，下面首先 介绍永磁同步电机 PMSM的一些基本工作原理。

首先， PMSM的稳态数学模型；

为了筒化分析、 降低方程维数， 采用永磁同步电动机在 同步旋转坐标系 下的数学模型。 永磁同步电动机在 dq同步旋转坐标系下的电压方程和磁链方 程分别可以表示为公式（1 ：

^ f +L _d -i _d f + (L -i _q ) 其中 i _d 、 i _q 、 u _d 、 u _q 、 ψ _ά 和 ψ ₉ ^"另 ll为定子电 ¾ 、 电压和 ϋ在 d 由和 q 由上 的分量； L _d 、 分别为直轴同步电感和交轴同步电感； 为电机电角速度且

( 为电机极对数， 为电机机械角速度）； p为微分算子，且 p=^。

dt 在稳态时， 电压方程（1)可筒化成如下方程（3)和（4) , 具体原理可 以参照图 2, 该图为永磁同步电机电压相量图：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发 明实施例中的技术方案进行清 楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、 特征和优点能够更加明显易懂， 下面结合附图对 本发明的具体实施方式做详细的说明。 方法实施例一：

参见图 3, 该图为本发明提供的永磁同步电机带速重新投 入的控制方法实 施例一流程图。

首先， 介绍本发明基于的工作原理。

由公式 （ 1 ) 可以看出， 只要转速 足够高， 则反电势 E。将要高于逆变器 中间直流侧电压 如果这个时候进行带速重投操作、 投入隔离接触器， 则

PMSM将会向逆变器的直流侧反向充电。 逆变器直流侧的电容被充电压幅值 将可能高于电容安全允许值， 对电容带来损坏。

因此， 带速重投不是在 PMSM所有速度下都能进行， 需要根据重投点对 应 PMSM的转速来判断。 本发明实施例提供的方法便是依据轨道交通以 安全 为导向， 从系统角度出发以系统拖车速度为依据明确了 重投逻辑。

需要说明的是， 可以利用系统拖车速度得到 PMSM的转速 。

下面结合流程图来详细介绍本发明的技术方案 。

S301 : 判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变器侧 的电压；

需要说明的是， PMSM的反电势可以利用公式（1 )获得， 其中， 可以 通过系统拖车来获得。

为了判断的方便，所述逆变器侧的电压可以采 用逆变器直流侧的电压来作 为判据。 例如逆变器侧的电压可以采用

S302: 如果永磁同步电机的反电势大于逆变器侧的电 压，则控制隔离接触 器断开， 禁止重投操作；

这样是为了保护逆变器直流侧电容的安全。

S303: 如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器 侧的电压，则继续判 断永磁同步电机的转子转速是否大于预定转速 ； 如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器 侧的电压，则允许隔离接触 器闭合， 但是进一步需要知道 PMSM的转子位置角， 才可以启动 PMSM。 因 此， 需要下面根据拖车速度获得 , 由 的大小分为两种情况来分别获取转 子位置角， 一种是低速情况下如何获取转子位置角， 另一种是中高速情况下如 何获取转子位置角。

S304: 如果永磁同步电机的转子转速大于预定转速， 则控制永磁同步电机 处于短路状态，由永磁同步电机短路状态的三 相电流最高幅值获得 静止坐 标系的电流角度， 由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的 电流角度， dq 坐标系的电流角度与 静止坐标系的电流角度的差为转子位 置角； 由该转子位置角启动永磁同步电机；

S304提供的方法可以筒单概括为一次短路法。 通过该一次短路法可以获 取中高速下转子位置角， 从而知道转子的初始位置来启动 PMSM。

S305: 如果永磁同步电机的转子转速小于或等于预定 转速，则给永磁同步 电机施加不同方向的电压空间矢量， 测量永磁同步电机的三相电流， 由永磁同 步电机的三相电流来获得转子位置角， 由该转子位置角启动永磁同步电机。

S305 提供的方法主要应用了基于在线电感检测的磁 链估算（INFORM, INdirect Flux detection by On-line Reactance Measurement ) 方法。

本发明提供的方法， 从系统的角度出发， 由拖车速度获得 PMSM的 。 从而获得 PMSM的反电势。 将反电势与逆变器侧的电压进行比较， 如果反电 势高于逆变器侧的电压则不允许 PMSM带速重投，反之允许 PMSM带速重投。 PMSM带速重投即将隔离接触器闭合， 禁止 PMSM带速重投即将隔离接触器 断开。 但是 PMSM带速重投需要知道转子位置角。 因此， 本发明根据 的大 小， 分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角 ， 不同工况对应不同的转子 位置角， 由转子位置角启动 PMSM。 本发明提供的方法从系统角度出发提出 了全面控制方法，在 PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电� �太大）， 中高速段采用一次短路法计算转子位置角来确 定重投点位置， 低速段采用 INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。 方法实施例二 下面结合附图来详细介绍本发明提供的当 PMSM处于中高速段时利用一 次短路法获取转子位置角。

参见图 4, 该图为本发明提供的中高速段时的一次短路法 流程图。

由于 PMSM空转时反电势的存在， 如果将 PMSM的 3相短路， 则 3相短 路电流中必含有 PMSM转子的位置信息， 因此可以利用短路法来获取转子位 置角。

S401: 施加零电压矢量， 使永磁同步电机处于短路状态；

需要说明的是， 零电压矢量有两个， 一个是 ^和^ , 即可以通过施加这 两个不同的零电压矢量使逆变器的上桥臂的所 有管子导通或者下桥臂的所有 管子导通； 上桥臂所有管子导通时， 永磁同步电机也可以处于短路状态； 下桥 臂所有管子导通时，永磁同步电机也可以处于 短路状态，在本发明实施例中不 具体限定具体是上桥臂的所有管子导通， 还是下桥臂的所有管子导通。

S402: 使永磁同步电机保持短路状态预定时间段 r _s¾ , 获取 PMSM的三相 电流最高幅值。

S403: 将所述三相电流最高幅值在 静止坐标系下分解为„、 ί _β ;

S404: 由所述 静止坐标系下的电流„、 ^计算 静止坐标系下的电 流角度， 具体公式如下：

S405: 由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流 如果 q轴定子绕组的时间常数 L _q /R _m 远大于 T _sh , 则 R _m 可以忽略不计。

当忽略定子电阻且逆变器的管子全部导通时， PMSM处于被短路的状态， 其端电压等于零， 即 = 0、 v _q = 0 , 则公式（3 )和（4 )可以筒化为下面的公 式。

PMSM短路电流矢量表示为： Ϊ = [i _d i _q ,并假设 ω为常量、初始电流为 0, 对公式（6 )进行拉普拉斯变换， 则可以得到式（7 ):

即由公式（7 )可以计算得出 dq坐标系的电流 、 i _q ;

S406: 由 dq坐标系的电流 、 ^计算 dq坐标系下的电流角度， 具体参见 公式（ 7 ) ；

( 7 )

具体可以结合图 5所示的不同坐标系下的电流矢量的电流角度� �意图。 图 5中将两个坐标系画在了同一个图中， 即图 5中包括 dq坐标系和 静止坐 标系。

S407: 由两个坐标系下的电流角度计算转子位置角， 具体公式如下：

( 8 ) 本发明实施例详细介绍了如何利用一次短路法 计算中高速阶段的转子位 置角。 即利用公式（5 )和（7 ) 的结果， 通过公式（8 )来获得转子位置角。

需要说明的是， 在 PMSM短路之前， 如果电枢电流不为零， 则控制逆变 器所有的管子关断， 使电枢电流为零， 此时 PMSM是被处于断开状态。 方法实施例三：

下面介绍当处于氐速阶段时， 本发明利用 INFORM法获取转子位置角。 参见图 6, 该图为本发明提供的利用 INFORM 法计算转子位置角的流程 图。

首先介绍 INFORM方法的基本原理： 从不同方向为电机端施加电压空间 矢量， 通过测量它们的不同电流响应来估计转子位置 。

其中运用的基本原理是： 电机磁路具有凸极性， 定子绕组的电感值是转子 位置的函数，因此不同位置的电压空间矢量所 产生的电流响应中一定会含有转 子位置信息。

由于施加的电压空间矢量是高频电压信号， 电流响应也为高频信号， 因此 电机模型可以写成矢量方程形式， 即如下式：

L _o +ALcos20 _e AL sin 20 _e

AL sin 20 _e L ₀ +ALcos 20 _e

^ -ALcos20 _e -AL sin 20 _e 、

(11)

-AL sin 20 _er L ₀ + AL cos 26 _{e y}

( , - ALcos 26 _e -AL sin 2θ _ί

Li-AL ALsin 2Θ +ALcos20 _e 从公式（1)可以看出， 在某一方向的电压空间矢量 ^作用下， 电流响应 取决于电感矩阵， 而定子绕组电感随转子电角度的位置变化而变 化。

可以理解的是， 具体实现过程中可以用多种方法来生成电压空 间矢量， 而其中一种较为筒单的方法是直接利用系统中 的逆变器，如图 7所示的电压空 间矢量， 分别沿着 ABC绕组的轴线， 从正反两个方向上交替施加电压空间矢 例如对于 PMSM的 A轴， 可施加 和 ， 和 由逆变器生成的脉宽 调制开关电压矢量来实现，由于逆变器的开关 频率 4艮高，因此施加的 _sl 和 _s4 也 是高频定子电压信号。对于 PMSM的 B轴， 可施加 ^和^； 对于 PMSM的 C 轴， 可施力口 _s3 和 °

下面以 A轴相绕组施加电压空间矢量为例进行介绍。

参见图 8, 该图为本发明提供的电流测量点示意图。

如图 8所示记录的电流测量点为^、 i _A2 、 i _A3 、 ί _ΜΟ

△' = 2-^ (12)

M a ( 13) Λ;( ι) 八；( 4)

^ = ¹ (" -"- _s4 ) (1 ) 因此可得， Ai _A = Ai ^u - Δ,ί") = [L _s ( ( 15 ) 将公式（ 11 )代入公式（ 15 )可得：

与 A轴类似， 对于作用于 B轴相绕组的电压空间矢量同样有：

^Δ = " - + ^L J- ( ^L r ) ^{cos 2} ( - 4 3) (17) 与 A轴类似， 对于作用于 C轴相绕组的电压空间矢量同样有：

可将定子三相电流偏差表示为空间矢量形式 /(Δζ ) , 既有：

对公式（19)进行化筒后可得:

通过对 PMSM 的定子三相电流最高幅值的测量， 由式（19)可以计算出 f(Ai _s ) ,便可得其空间相位。 由式（20)可知， 它等于 (2 + τ), 于是可由式（20 估计 ；

θ _β = ^(/)-π (21) 下面介绍本发明提供的基于 INFORM法计算低速下的转子位置角的流程； S601: 依次不间断地施加电压空间矢量^和 各预定时间段， 获得永磁 同步电机的 A相电流;

获取 A相电流在此指的是通过公式（ 12 )和（ 13 )获取 和 , 再由 公式（15)获得 Δ ₄ 。 需要说明的是， 依次不间断地施加指的是， 先施加^预定时间段， 中间没 有时间间隔， 立即施加 预定时间段；

可以理解的是， 预定时间段可以根据具体情况进行设置， 例如本实施例中 可以设置预定时间段为 100us。

S602: 封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒； N为预定整数；

需要说明的是， 封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒， 即不施加任何电压空间 矢量， 是为了使 PMSM的电流归零。

N也可以根据需要来选择不同的数值， 例如本实施例中 N可以取值为 1 , 即封锁驱动脉沖 1ms。

B和 C的施加方法与 A相同， 在此不再具体赘述。

S603: 依次不间断地施加电压空间矢量^和^各预定时� ��段， 获得永磁 同步电机的 B相电流;

S604: 封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒；

S605: 依次不间断地施加电压空间矢量^和 ₆ 各预定时间段， 获得永磁 同步电机的 C相电流;

S606: 通过公式（ 19 )和（ 21 )计算转子位置角。

其中， _sl 、 _sl 、 n _s3 、 _s4 、 ^和 ₆ 依次为逆时针方向依次相差 60度的空 间矢量。 电压空间矢量可以具体参照图 7。 装置实施例一：

基于以上本发明提供的一种永磁同步电机带速 重新投入的控制方法，本发 明还提供了一种永磁同步电机带速重新投入的 控制装置，下面结合具体附图来 详细介绍。

参见图 9, 该图为本发明提供的永磁同步电机带速重新投 入的控制装置实 施例一示意图。

本实施例提供的永磁同步电机带速重新投入的 控制装置， 包括： 电压判断 单元 901、 隔离接触器控制单元 902、 转子转速判断单元 903、 中高速时转子 位置角获得单元 904和低速时转子位置角获得单元 905;

所述电压判断单元 901 , 用于判断永磁同步电机的反电势是否大于逆变 器 侧的电压；

需要说明的是， PMSM的反电势可以利用公式（1 )获得， 其中， 可以 通过系统拖车来获得。

为了判断的方便，所述逆变器侧的电压可以采 用逆变器直流侧的电压来作 为判据。 例如逆变器侧的电压可以采用 t/ / ^。

所述隔离接触器控制单元 902, 当所述电压判断单元 901判断永磁同步电 机的反电势大于逆变器侧的电压， 则控制隔离接触器断开， 禁止重投操作； 这样是为了保护逆变器直流侧电容的安全。

所述转子转速判断单元 903 , 当所述电压判断单元 901判断永磁同步电机 的反电势小于或等于逆变器侧的电压，用于判 断永磁同步电机的转子转速是否 大于预定转速；

如果永磁同步电机的反电势小于或等于逆变器 侧的电压，则允许隔离接触 器闭合， 但是进一步需要知道 PMSM的转子位置角， 才可以启动 PMSM。 因 此， 需要下面根据拖车速度获得 , 由 的大小分为两种情况来分别获取转 子位置角， 一种是低速情况下如何获取转子位置角， 另一种是中高速情况下如 何获取转子位置角。

所述中高速时转子位置角获得单元 904, 当所述转子转速判断单元 903判 断永磁同步电机的转子转速大于预定转速时， 用于控制永磁同步电机处于短路 状态，由永磁同步电机短路状态的三相电流最 高幅值获得 静止坐标系的电 流角度，由永磁同步电机处于短路状态的持续 时间计算 dq坐标系的电流角度， dq 坐标系的电流角度与 静止坐标系的电流角度的差为转子位置角； 由该 转子位置角启动永磁同步电机；

所述低速时转子位置角获得单元 905 , 当所述转子转速判断单元 903判断 永磁同步电机的转子转速小于或等于预定转速 ，用于给永磁同步电机施加不同 方向的电压空间矢量， 测量永磁同步电机的三相电流， 由永磁同步电机的三相 电流来获得转子位置角， 由该转子位置角启动永磁同步电机。

低速时获取转子位置角主要应用了基于在线电 感检测的磁链估算 ( INFORM , INdirect Flux detection by On-line Reactance Measurement ) 方法。

本发明提供的装置， 从系统的角度出发， 由拖车速度获得 PMSM的 。 从而获得 PMSM的反电势。 将反电势与逆变器侧的电压进行比较， 如果反电 势高于逆变器侧的电压则不允许 PMSM带速重投，反之允许 PMSM带速重投。 PMSM带速重投即将隔离接触器闭合， 禁止 PMSM带速重投即将隔离接触器 断开。 但是 PMSM带速重投需要知道转子位置角。 因此， 本发明根据 的大 小， 分为低速和中高度两个工况来计算转子位置角 ， 不同工况对应不同的转子 位置角， 由转子位置角启动 PMSM。 本发明提供的装置从系统角度出发提出 了全面控制， 在 PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应的反电� �太大）， 中 高速段采用一次短路法计算转子位置角来确定 重投点位置， 低速段采用 INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。 装置实施例二：

参见图 10, 该图为本发明提供的装置实施例二示意图。

本实施例中提供的装置， 所述中高速时转子位置角获得单元包括： 电机短 路控制子单元 904a和转子位置角第一获得单元 904b。

所述电机短路控制子单元 904a, 用于施加零电压矢量， 使永磁同步电机 处于短路状态；

需要说明的是， 零电压矢量有两个， 一个是 ^和^ , 即可以通过施加这 两个不同的零电压矢量使逆变器的上桥臂的所 有管子导通或者下桥臂的所有 管子导通； 上桥臂所有管子导通时， 永磁同步电机也可以处于短路状态； 下桥 臂所有管子导通时，永磁同步电机也可以处于 短路状态，在本发明实施例中不 具体限定具体是上桥臂的所有管子导通， 还是下桥臂的所有管子导通。

电机短路电流在 静止坐标系的角度获得子单元，用于由以下公 式获得 电流在 静止坐标系的角度；

由永磁同步电机处于短路状态的持续时间计算 dq坐标系的电流：

- (1 - cos( _¾ )) sin( ） 其中， 7 _¾ 为永磁同步电机处于短路状态的持续时间 ； L _d 、 分别为直轴 同步电感和交轴同步电感； ^为永磁体磁链； i _d 、 ^分别是定子电流在 d轴和 g 轴上的分量， 分别称为直轴电流和交轴电流；

将所述三相电流最高幅值在 静止坐标系下分解为 i, 、 ί _β ,定义 为 在 静止坐标系的角度；

电机短路电流在 dq坐标系的角度获得子单元， 用于由以下公式获得电流 在 dq坐标系的角度；

所述转子位置角第一获得单元 904b , 用于由以下公式获得转子位置角 θ = θ, —Θ, 本实施例中， 利用一次短路法进行中高速阶段转子位置角的 计算， 具体工 作原理和计算公式可以参照方法实施例二， 在此不再赘述。 装置实施例三：

参见图 11 , 该图为本发明提供的装置实施例三示意图。

本实施例提供的控制装置中， 所述低速时转子位置角获得单元包括： 电压 空间矢量施加子单元 905a、 三相电流获得子单元 905b和驱动脉沖封锁子单元 905c;

所述电压空间矢量施加子单元 905a, 用于依次不间断地施加电压空间矢 量^和 各预定时间段； 所述三相电流获得子单元 905b, 用于获得永磁同步 电机的 A相电流； 所述驱动脉沖封锁子单元 905c, 用于封锁逆变器的驱动脉 沖 N毫秒； N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元 905a, 还用于依次不间断地施加电压空间 矢量 和^各预定时间段， 获得永磁同步电机的 B相电流； 所述驱动脉沖封 锁子单元 905c, 用于封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒； N为预定整数；

所述电压空间矢量施加子单元 905a, 还用于依次不间断地施加电压空间 矢量 和 ₆ 各预定时间段， 获得永磁同步电机的 C相电流；

其中， 、 、 u _s3 , U _s4 , ^和 ₆ 依次为逆时针方向依次相差 60度的空 间矢量。

需要说明的是， 装置实施例二中的具体工作原理 INFORM法和计算公式 可以参照方法实施例三。 在此不再赘述。 基于以上实施例提供的永磁同步电机带速重新 投入的控制方法和装置，本 发明还提供了一种永磁同步电机带速重新投入 的控制系统。

参见图 12, 该图为本发明提供的永磁同步电机带速重新投 入的控制系统 实施例一示意图。

本实施例提供的永磁同步电机带速重新投入的 控制系统， 包括： 控制单元

100、 永磁同步电机 400、 逆变器 200和隔离接触器 300;

所述控制单元， 用于控制隔离接触器 300 的导通状态； 所述隔离接触器 300连接在所述逆变器 200和所述永磁同步电机 400之间；

所述控制单元 100, 还用于输出驱动脉沖， 以控制逆变器 200中管子的开 关状态；

所述控制单元 100, 还用于判断永磁同步电机 400的反电势是否大于逆变 器 200侧的电压； 如果永磁同步电机 400的反电势大于逆变器 200侧的电压， 则控制隔离接触器 300断开， 禁止重投操作； 如果永磁同步电机 400的反电势 小于或等于逆变器 200侧的电压，则继续判断永磁同步电机 400的转子转速是 否大于预定转速； 如果永磁同步电机 400的转子转速大于预定转速， 则控制永 磁同步电机 400处于短路状态，由永磁同步电机 400短路状态的三相电流最高 幅值获得 静止坐标系的电流角度，由永磁同步电机 400处于短路状态的持 续时间计算 dq坐标系的电流角度， dq坐标系的电流角度与 静止坐标系的 电流角度的差为转子位置角； 由该转子位置角启动永磁同步电机 400; 如果永 磁同步电机 400的转子转速小于或等于预定转速，则给永磁 同步电机 400施加 不同方向的电压空间矢量， 测量永磁同步电机 400的三相电流， 由永磁同步电 机 400的三相电流来获得转子位置角，由该转子位 置角启动永磁同步电机 400。

本发明提供的系统， 从轨道交通牵引系统的角度出发， 由拖车速度获得 PMSM的 _e 。 从而获得 PMSM的反电势。 将反电势与逆变器侧的电压进行比 较， 如果反电势高于逆变器侧的电压则不允许 PMSM 带速重投， 反之允许 PMSM带速重投。 PMSM带速重投即将隔离接触器闭合， 禁止 PMSM带速重 投即将隔离接触器断开。 但是 PMSM带速重投需要知道转子位置角。 因此， 本发明根据 的大小，分为低速和中高度两个工况来计算转 子位置角， 不同工 况对应不同的转子位置角， 由转子位置角启动 PMSM。 本发明提供的系统从 系统角度出发提出了全面控制， 在 PMSM高速段禁止带速重投（高速时对应 的反电势太大 ),中高速段采用一次短路法计算转子位置角来� ��定重投点位置， 低速段采用 INFORM法计算转子位置角来确定重投点的位置。

所述控制单元给永磁同步电机施加不同方向的 电压空间矢量，测量永磁同 步电机的三相电流， 具体为：

依次不间断地施加电压空间矢量 _sl 和 ₄ 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 A相电流;

封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒； N为预定整数；

依次不间断地施加电压空间矢量 和 ^各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 B相电流;

封锁逆变器的驱动脉沖 N毫秒；

依次不间断地施加电压空间矢量 _s3 和 _s6 各预定时间段， 获得永磁同步电 机的 c相电流;

其中， i _si 、 _s2 、 _s3 , U _s4 , ^和 ₆ 依次为逆时针方向依次相差 60度的空 间矢量。

需要说明的是，系统实施例中在低速阶段计算 转子位置角的具体工作原理 INFORM法和计算公式可以参照方法实施例三。 在此不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的 限制。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明。 任何 熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术 方案范围情况下，都可利用上述 揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出 许多可能的变动和修饰，或修改 为等同变化的等效实施例。 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本 于本发明技术方案保护的范围内。