CN101729001B - 马达的磁极角定位系统及方法 - Google Patents

马达的磁极角定位系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种马达的磁极角定位系统，包括一磁极角定位装置、一电流控制装置、一马达电流回授装置、一马达速度回授装置及一马达驱动装置，所述电流控制装置用于通过所述马达驱动装置设置一马达的工作电流，所述马达电流回授装置及马达速度回授装置分别用于通过所述马达驱动装置感应所述马达的实际电流值、实际速度值，并将其回馈给所述磁极角定位装置，所述磁极角定位装置用于存储所述磁极角回授装置以及马达速度回授装置的信号，并对其进行运算以得到所述马达的初始磁极角，所述磁极角定位装置还用于设定所述马达的磁极角。上述磁极角的定位系统及方法不会造成机台的移动。

Description

马达的磁极角定位系统及方法
技术领域
本发明涉及一种马达的磁极角定位系统及方法。
背景技术
永磁同步马达的转子磁通是由安装在转子上的永磁体产生的，为了平稳启动和稳定地控制永磁同步马达，需要知道永磁体在空间的初始位置，即磁极位置。如果所获得的磁极位置偏差过大，则会导致永磁同步马达运转异常甚至不能启动。通常是在开机时对永磁同步马达的磁极位置进行调整，让永磁同步马达的永磁体所产生的磁通量的角度，即磁极角为零度，并以此为参考值对所述永磁同步马达的参数进行调整。但是，此方式会造成机台的移动，对于精密机台而言可能会造成对机台的损伤。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种不需要移动机台的马达的磁极角定位系统及方法。
一种马达的磁极角定位系统，包括一磁极角定位装置、一电流控制装置、一马达电流回授装置、一马达速度回授装置、一马达位置回授装置、一磁极角回授装置及一马达驱动装置，所述电流控制装置用于通过所述马达驱动装置设置一马达的工作电流，所述马达位置回授装置、马达电流回授装置及马达速度回授装置分别用于通过所述马达驱动装置感应所述马达的实际位置、实际电流值、实际速度值，并将所述马达的实际位置回馈给磁极角回授装置、所述马达的实际电流值以及实际速度值回馈给所述磁极角定位装置，所述磁极角定位装置用于存储所述磁极角回授装置以及马达速度回授装置的信号，并对其进行运算以得到所述马达的初始磁极角，所述磁极角定位装置还用于设定所述马达的磁极角。
一种马达的磁极角定位方法，包括以下步骤：
通过所述磁极角定位装置设定所述马达的第一磁极角；
通过所述电流控制装置设定所述马达的电流值；
所述马达速度回授装置、马达电流回授装置分别回馈此时所述马达的实际速度以及实际电流值，并将其传输给所述磁极角定位装置；
所述磁极角定位装置判断此时所述马达的实际速度是否大于所述马达的最大额定速度；
如果所述马达的实际速度大于所述马达的最大额定速度，则通过所述磁极角定位装置设定所述马达的第二磁极角，之后执行步骤“通过所述电流控制装置设定所述马达的电流值”；
如果所述马达的实际速度不大于所述马达的最大额定速度，则所述磁极角定位装置判断此时所述马达的电流值是否大于所述马达的最大额定电流；
如果此时所述马达的电流值大于所述马达的最大额定电流，则通过所述电流控制装置设定所述马达的另一电流值，之后执行步骤“所述马达速度回授装置、马达电流回授装置分别回馈此时所述马达的实际速度以及实际电流值，并将其传输给所述磁极角定位装置”；
如果此时所述马达的电流值不大于所述马达的最大额定电流，则所述磁极角定位装置记录所述电流控制装置所设定的电流值、此时所述马达的实际电流值以及实际速度；
所述磁极角定位装置判断是否设定了所有的磁极角；
如果没有完成所有磁极角的设定，则通过所述磁极角定位装置设定所述马达的第三磁极角，之后执行步骤“通过所述电流控制装置设定所述马达的电流值”；以及
如果已经完成了所有磁极角的设定，则所述磁极角定位装置对若干磁极角、所述马达的设定电流值、所述马达的实际电流值以及所述马达的实际速度进行运算比较，以找出其中能用最小的马达的设定电流达到最大的马达的实际速度时所述马达的磁极角。
上述磁极角的定位系统及方法利用所述磁极角定位装置对所述马达设定不同的磁极角以及通过所述电流控制装置对所述马达设定不同的电流，并比较不同磁极角时，不同电流所引起的所述马达的转速来判断正确的磁极角的位置，上述磁极角的定位系统及方法不会造成机台的移动。
附图说明
下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明马达的磁极角定位系统的较佳实施方式的示意图。
图2-1及2-2为本发明马达的磁极角定位方法的较佳实施方式的流程图。
图3为图1中马达的设定电流值的测试仿真图。
图4为对应图3中测试时间的马达的实际速度的测试仿真图。
具体实施方式
请参考图1，本发明马达的磁极角定位系统的较佳实施方式用于设定一马达100的磁极角，其包括一位置指令输入单元11、一位置控制装置12、一速度控制装置13、一电流控制装置14、一马达驱动装置15、一座标转换装置16、一马达电流回授装置17、一磁极角回授装置18、一马达速度回授装置19、一磁极角定位装置20以及一马达位置回授装置21。
所述位置指令输入单元11与所述位置控制装置12的输入端相连，以发送一位置指令给所述位置控制装置12。所述位置控制装置12的输出端与所述速度控制装置13的输入端相连，所述速度控制装置13的输出端与所述电流控制装置14的输入端相连，所述电流控制装置14的输出端与所述马达驱动装置15的输入端相连，所述马达驱动装置15的控制端与所述马达100相连，以根据所述位置控制装置12、速度控制装置13以及电流控制装置14的指令控制所述马达100的工作状态。
所述马达电流回授装置17的输入端、所述马达速度回授装置19的输入端以及所述马达位置回授装置21的输入端均与所述马达驱动装置15的输出端相连，以通过所述马达驱动装置15感应所述马达100的实际电流值、实际速度以及位置。所述马达电流回授装置17的输出端与所述座标转换装置16的输入端相连。所述马达速度回授装置19的输出端与所述速度控制装置13的另一输入端相连，并将所述马达100的实际速度回馈给所述速度控制装置13。所述马达位置回授装置21的输出端与所述位置控制装置12的另一输入端相连，并将所述马达100的实际位置回馈给所述位置控制装置12；所述马达位置回授装置21的输出端还与所述磁极角回授装置18相连，并将所述马达100的实际位置传给所述磁极角回授装置18，以供所述磁极角回授装置18运算得到所述马达100此时的磁极角信息；所述磁极角回授装置18的输出端与所述座标转换装置16的另一输入端相连，并将所述马达100此时的磁极角信息传给所述座标转换装置16，所述座标转换装置16根据所接收到的磁极角信息将由所述马达电流回授装置17所回馈的所述马达100的实际电流的相位(三相坐标轴)通过派克(Park)坐标转换原理转换为两相坐标轴的电流的相位，以传送给所述电流控制装置14。所述位置控制装置12还用于比较所述位置指令输入单元11与马达位置回授装置21的信号，并产生一速度指令，以供所述速度控制装置13进行后续的速度控制。所述速度控制装置13用于比较所述位置控制装置12与马达速度回授装置19的信号，并产生一扭力指令，以供所述电流控制装置14进行后续的电流控制。所述电流控制装置14用于设定所述马达100的电流值，还用于比较所述速度控制装置13与座标转换装置16的信号，并产生另一扭力指令，以供进行后续的控制。
所述磁极角定位装置20的输入端与所述马达电流回授装置17的输出端、所述马达速度回授装置19的输出端以及所述马达位置回授装置21的输出端均相连，以存储所述马达电流回授装置17、马达速度回授装置19以及马达位置回授装置21所回馈的信号，并对其进行运算。所述磁极角定位装置20的另一输入端与所述磁极角回授装置18相连，以存储所述磁极角回授装置18所输出的磁极角信息。另外，所述磁极角定位装置20还用于设定所述马达100的磁极角。
上述实施方式中，所述马达位置回授装置21为一马达编码器，所述马达速度回授装置19为一马达测速计，所述马达电流回授装置17为一电流感应器。
请继续参考图2-1及2-2，本发明磁极角的定位方法的较佳实施方式包括以下步骤：
步骤S1：通过所述磁极角定位装置20设定马达100的磁极角为θ1。
步骤S2：通过所述电流控制装置14设定所述马达100的电流值，如I1，并通过所述马达驱动装置15启动所述马达100。
步骤S3：所述马达位置回授装置21、马达速度回授装置19、马达电流回授装置17分别回馈此时所述马达100的实际速度以及实际电流值，并将其传输给所述磁极角定位装置20。
步骤S4：所述磁极角定位装置20判断此时所述马达100的实际速度是否大于所述马达100的最大额定速度，如果大于所述马达100的最大额定速度，则执行步骤S11；如果此时马达100的实际速度不大于所述马达100的最大额定速度，则执行步骤S5。
步骤S11：通过所述磁极角定位装置20设定马达100的磁极角为θ2。之后执行步骤S2。
步骤S5：所述磁极角定位装置20判断此时所述马达100的电流值I1是否大于所述马达100的额定最大电流值。如果所述马达100的电流值I1大于所述马达100的额定最大电流值，则执行步骤S12；如果所述马达100的电流值I1不大于所述马达100的额定最大电流值，则执行步骤S6。
步骤S12：通过所述电流控制装置14设定所述马达100的电流值为I2。之后执行步骤S3。
步骤S6：所述磁极角定位装置20记录所述电流控制装置14所设定的电流值、此时所述马达100的实际电流值与实际速度。
步骤S7：所述磁极角定位装置20判断是否设定了所有的磁极角，如果没有设定所有的磁极角，则执行步骤S17。如果所述磁极角定位装置20已设定了所有的磁极角，则执行步骤S8。
步骤S17：通过所述磁极角定位装置20设定所述马达100的磁极角为θ3。之后执行步骤S2。
步骤S8：此时所述磁极角定位装置20内存储有若干磁极角、所述马达100的设定电流值、所述马达100的实际电流值以及所述马达100的实际速度，如磁极角为θ1时，当所述马达100的设定电流值为I1时，所述马达100的实际电流值以及实际速度；当所述马达100的设定电流值为I2时，所述马达100的实际电流值以及实际速度。磁极角为θ2时，当所述马达100的设定电流值为I1时，所述马达100的实际电流值以及实际速度；当所述马达100的设定电流值为I2时，所述马达100的实际电流值以及实际速度。所述磁极角定位装置19对所述若干磁极角、所述马达100的设定电流值、所述马达100的实际电流值以及所述马达100的实际速度进行运算比较，以找出其中能用最小的马达的设定电流达到最大的马达的实际速度时所述马达100的磁极角，其中，该磁极角即为所述马达100的初始磁极角。
请继续参考图3及图4，图3为步骤S8中所述马达100的设定电流值的测试仿真图，其中纵坐标表示所述马达100的设定电流值(A)，横坐标表示测试时间(ms)，虚线A表示所述马达100的额定最大电流值(A)。图4为步骤S8中所述马达100的实际速度的测试仿真图，其中纵坐标表示所述马达100的实际速度(转/毫秒)，横坐标表示测试时间(ms)，虚线B表示所述马达100的额定速度的最大值。对比图3及图4即可得知，当测试时间为10ms时，所述马达100的设定电流值与其实际速度达到最佳值，即用相对最小的马达的设定电流达到了相对最大的马达的实际速度，则得知此时通过所述磁极角定位装置20所设定的马达的磁极角为初始磁极角。
上述磁极角的定位系统及方法利用所述磁极角定位装置20对所述马达100设定不同的磁极角以及通过所述电流控制装置14对所述马达100设定不同的电流，并比较不同磁极角时，不同电流所引起的所述马达100的转速来判断正确的磁极角的位置。上述磁极角的定位系统及方法不会造成机台的移动。

Claims (6)

1.一种马达的磁极角定位系统，包括一磁极角定位装置、一电流控制装置、一马达电流回授装置、一马达速度回授装置、一马达位置回授装置、一磁极角回授装置及一马达驱动装置，所述电流控制装置用于通过所述马达驱动装置设置一马达的工作电流，所述马达位置回授装置、马达电流回授装置及马达速度回授装置分别用于通过所述马达驱动装置感应所述马达的实际位置、实际电流值、实际速度值，并将所述马达的实际位置回馈给磁极角回授装置、所述马达的实际电流值以及实际速度值回馈给所述磁极角定位装置，所述磁极角定位装置用于存储所述磁极角回授装置以及马达速度回授装置的信号，并对其进行运算以得到所述马达的初始磁极角，所述磁极角定位装置还用于设定所述马达的磁极角。
2.如权利要求1所述的马达的磁极角定位系统，其特征在于：所述马达速度回授装置为一马达测速计。
3.如权利要求1所述的马达的磁极角定位系统，其特征在于：所述马达电流回授装置为一电流感应器。
4.一种应用于如权利要求1所述的马达的磁极角定位系统的定位方法，包括以下步骤：
通过所述磁极角定位装置设定所述马达的第一磁极角；
通过所述电流控制装置设定所述马达的电流值；
所述马达速度回授装置、马达电流回授装置分别回馈此时所述马达的实际速度以及实际电流值，并将其传输给所述磁极角定位装置；
所述磁极角定位装置判断此时所述马达的实际速度是否大于所述马达的最大额定速度；
如果所述马达的实际速度大于所述马达的最大额定速度，则通过所述磁极角定位装置设定所述马达的第二磁极角，之后执行步骤“通过所述电流控制装置设定所述马达的电流值”；
如果所述马达的实际速度不大于所述马达的最大额定速度，则所述磁极角定位装置判断此时所述马达的电流值是否大于所述马达的最大额定电流；
如果此时所述马达的电流值大于所述马达的最大额定电流，则通过所述电流控制装置设定所述马达的另一电流值，之后执行步骤“所述马达速度回授装置、马达电流回授装置分别回馈此时所述马达的实际速度以及实际电流值，并将其传输给所述磁极角定位装置”；
如果此时所述马达的电流值不大于所述马达的最大额定电流，则所述磁极角定位装置记录所述电流控制装置所设定的电流值、此时所述马达的实际电流值以及实际速度；
所述磁极角定位装置判断是否设定了所有的磁极角；
如果没有完成所有磁极角的设定，则通过所述磁极角定位装置设定所述马达的第三磁极角，之后执行步骤“通过所述电流控制装置设定所述马达的电流值”；以及
如果已经完成了所有磁极角的设定，则所述磁极角定位装置对若干组磁极角、所述马达的设定电流值、所述马达的实际电流值以及所述马达的实际速度进行运算比较，以找出其中能用最小的马达的设定电流达到最大的马达的实际速度时所述马达的磁极角。
5.如权利要求4所述的马达的磁极角定位方法，其特征在于：所述马达速度回授装置为一马达测速计。
6.如权利要求4所述的马达的磁极角定位方法，其特征在于：所述马达电流回授装置为一电流感应器。
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