CN103151982A - 永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法，旋转变压器检测电机转速、旋转方向和转子位置，三个电流传感器分别检测直流母线电流Idc、电机V相电流Iv和U相电流Iu，并经微处理控制器作CLARK和PARK变换得到转子d轴电流Id和q轴电流Iq；调整电机处于零力矩控制模式，此时Id=弱磁电流、Iq=0，在永磁电机磁场为零位对准时，Idc≈0。如磁场零位有偏移，则Idc的值不约等于零，通过微处理控制器调整旋转变压器零位偏移角，直至Idc约等于零，使得永磁电机转子与d轴重合。本方法能实时检测到电机转子的准确位置，避免零位补偿人为标定的过程，提高了电机力矩控制精度和系统安全性，适应电机的批量生产制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法。
背景技术
永磁电机广泛应用于混合动力车辆及工业伺服系统中，对于批量生产的永磁电机，由于目前的加工工艺问题及成本考虑，使得每台永磁电机的旋转变压器用于检测永磁电机磁场零位存在一定的偏差，而目前永磁电机的发展趋势为小型化和低成本化，这就使得永磁电机的磁链一般设计的很大，在高性能的控制算法中，大的磁链对于永磁电机磁场零位检测的要求很高。如果不能准确的检测永磁电机磁场的零位，会造成永磁电机输出的力矩精度存在明显的偏差，永磁电机峰值功率不能保证，更为严重的则会造成系统控制失控，导致系统存在较大的安全隐患。
目前，永磁电机旋转变压器检测零位的补偿通常在永磁电机的测试过程中得到，这需要每台永磁电机都要人为的重新标定永磁电机自身的旋转变压器检测到的零位偏差，带来大量的人力物力浪费，并且不适于永磁电机的批量生产制造。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是一种永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法，本自适应方法能实时检测到永磁电机转子的准确位置，避免零位补偿重新人为标定的过程，节省了人力物力，提高了永磁电机力矩控制的精度和系统安全性，更适合于电机及其逆变器的批量生产制造。
为解决上述技术问题，本发明永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法包括如下步骤：
步骤一、电源模块经逆变器驱动永磁电机运行，旋转变压器检测电机转速、旋转方向以及转子位置，电源模块直流母线中设置第一电流传感器，永磁电机V相和U相分别设置第二电流传感器和第三电流传感器，微处理控制器中预设CLARK变换算法和PARK变换算法；
步骤二、永磁电机运行过程中，通过第一电流传感器检测电源模块直流母线的电流Idc，通过第二电流传感器和第三电流传感器分别得到永磁电机V相和U相电流Iv和Iu，电源模块直流母线电流Idc、永磁电机V相电流Iv和U相电流Iu分别输入微处理控制器，永磁电机转子位置经旋转变压器输入微处理控制器；
步骤三、永磁电机V相电流Iv和U相电流Iu经微处理控制器的CLARK变换和PARK变换得到永磁电机转子d轴电流Id和q轴电流Iq；
步骤四、微处理控制器调整永磁电机处于零力矩控制模式下运行，即永磁电机输出力矩为零，永磁电机按一定转速运行，考虑永磁电机的弱磁控制，根据力矩控制算法，此时Id=弱磁电流、Iq=0，在永磁电机磁场为零位对准状态时，电源模块直流母线电流Idc≈0。如永磁电机磁场零位偏移，即旋转变压器检测到零位有偏移，此时有：
（2）
其中，
为永磁电机零位磁场方向与旋转变压器检测到的磁场方向的夹角，
Np、
分别为电机的极数和磁链，
Ld、Lq 分别为电机的d轴电感和电机q轴电感，
P1、P2分别是电功率和机械功率，
Udc、Idc、
分别是直流侧电压、直流侧电流和电机转速，
理想情况下P1=P2，根据公式（3）q轴电流会产生力矩，所以
会产生有功功率，直接反应到电源模块直流母线电流Idc，此时Idc不为0A；
步骤五、通过微处理控制器调整旋转变压器零位偏移角，直流母线电流Idc也随之相应的变化，在永磁电机6正向旋转时，如Idc>0，零位补偿值为旋转变压器角度补偿值与微调步长之差，如Idc<0，零位补偿值为旋转变压器角度补偿值与微调步长之和。零位补偿后的角度值为初始旋转变压器检测角度值与零位补偿值之和，以使永磁电机转子与d轴重合。
由于本发明永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法采用了上述技术方案，即根据旋转变压器检测电机转速、旋转方向以及转子位置，通过第一电流传感器检测直流母线电流Idc，通过第二电流传感器和第三电流传感器检测电机V相电流Iv和U相电流Iu，并经微处理控制器作CLARK和PARK变换得到电机转子d轴电流Id和q轴电流Iq；调整电机处于零力矩控制模式下运行，此时Id=弱磁电流、Iq=0，在永磁电机磁场为零位对准时，Idc≈0。如果旋转变压器检测到的磁场零位有偏移，在电机处于零力矩控制模式下，则Idc的值不约等于零，此时，通过微处理控制器不断调整旋转变压器零位偏移角，直至第一电流传感器检测的直流母线电流Idc约等于零，使得永磁电机转子与d轴重合。本自适应方法能实时检测到永磁电机转子的准确位置，避免零位补偿重新人为标定的过程，节省了人力物力，提高了永磁电机力矩控制的精度和系统安全性，更适合于电机及其逆变器的批量生产制造。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为永磁电机控制示意图；
图2为本方法永磁电机正向旋转时补偿算法流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法包括如下步骤：
步骤一、电源模块1经逆变器2驱动永磁电机6运行，微控制处理器8通过旋转变压器7检测永磁电机6转速、旋转方向以及转子61位置，电源模块1直流母线中设置第一电流传感器5，永磁电机6的V相和U相分别设置第二电流传感器3和第三电流传感器4，微控制处理器8的软件算法模块81中预设CLARK变换算法和PARK变换算法；
步骤二、永磁电机6运行过程中，通过第一电流传感器5检测电源模块1直流母线的电流Idc，通过第二电流传感器3和第三电流传感器4分别得到永磁电机6的V相和U相电流Iv和Iu，电源模块1直流母线电流Idc、永磁电机6的V相电流Iv和U相电流Iu分别输入微控制处理器8，永磁电机6的转子61位置经旋转变压器7输入微控制处理器8；
步骤三、永磁电机6的V相电流Iv和U相电流Iu经微处理控制器8的软件算法模块81CLARK变换和PARK变换得到永磁电机6的转子61d轴电流Id和q轴电流Iq；
步骤四、微处理控制器8调整永磁电机6处于零力矩控制模式下运行，即永磁电机6输出力矩为零，永磁电机6按一定转速运行，考虑永磁电机6的弱磁控制，根据力矩控制算法，此时Id=弱磁电流、Iq=0，在永磁电机6磁场为零位对准状态下，电源模块直流母线电流Idc≈0。如永磁电机6磁场零位偏移，即旋转变压器7检测到零位有偏移，此时有：
其中，
为永磁电机零位磁场方向与旋转变压器检测到的磁场方向的夹角，
为旋转变压器零位偏移后，永磁电机转子实际d轴弱磁电流，
Np、
分别为电机的极数和磁链，
Ld、Lq 分别为电机的d轴电感和电机q轴电感，
P1、P2分别是电功率和机械功率，
Udc、Idc、
分别是直流侧电压、直流侧电流和电机转速，
理想情况下P1=P2，根据公式（3）q轴电流会产生力矩，所以
会产生有功功率，直接反应到电源模块1直流母线电流Idc，此时Idc不为0A；
公式4和公式5中，由于系统存在损耗，所以P1不能恒定是0功率，所以Idc≈0；
步骤五、通过微控制处理器8的软件算法模块81调整旋转变压器7检测到的角度，使得直流母线电流Idc随之相应的变化，直到近似为零为止。在永磁电机6正向旋转时，如Idc>0，零位补偿值为旋转变压器角度补偿值与微调步长之差，如Idc<0，零位补偿值为旋转变压器角度补偿值与微调步长之和。零位补偿后的角度值为初始旋转变压器检测角度值与零位补偿值之和，以使永磁电机6的转子61与d轴重合。
在旋转变压器安装时，由于机械上的公差，导致不同电机的旋转变压器在机械角上有所不同，本方法在电机高速运行下、电机力矩为零力矩的情况下，通过检测直流母线电流、电机转速等参数，判断Idc是否约等于0A，如否则通过本自适应方法来补偿旋转变压器的初始零位值，无需增加额外的部件及费用，通过微处理控制器内高效的软件算法，能够准确快速的对永磁电机的旋转变压器检测的零位进行自动的补偿。由于该自动补偿，能实时保证检测到电机转子的准确位置，大大提高电机力矩控制的精度和系统的安全性，减少了人为补偿电机零位的工作量，更适合于电机及其逆变器的批量生产与批量制造。
Claims (1)
1.一种永磁电机旋转变压器检测零位补偿的自适应方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、电源模块经逆变器驱动永磁电机运行，旋转变压器检测电机转速、旋转方向以及转子位置，电源模块直流母线中设置第一电流传感器，永磁电机V相和U相分别设置第二电流传感器和第三电流传感器，微处理控制器中预设CLARK变换算法和PARK变换算法；
步骤二、永磁电机运行过程中，通过第一电流传感器检测电源模块直流母线的电流Idc，通过第二电流传感器和第三电流传感器分别得到永磁电机V相和U相电流Iv和Iu，电源模块直流母线电流Idc、永磁电机V相电流Iv和U相电流Iu分别输入微处理控制器，永磁电机转子位置经过旋转变压器输入微处理控制器；
步骤三、永磁电机V相电流Iv和U相电流Iu经微处理控制器的CLARK变换和PARK变换得到永磁电机转子d轴电流Id和q轴电流Iq；
步骤四、微处理控制器调整永磁电机处于零力矩控制模式下运行，即永磁电机输出力矩为零，永磁电机按一定转速运行，考虑永磁电机的弱磁控制，根据力矩控制算法，此时Id=弱磁电流、Iq=0，在永磁电机磁场为零位对准状态时，电源模块直流母线电流Idc≈0，如永磁电机磁场零位偏移，即旋转变压器检测到零位有偏移，此时有：
（5）
其中，
为永磁电机零位磁场方向与旋转变压器检测到的磁场方向的夹角，
为旋转变压器零位偏移后，永磁电机转子实际q轴弱磁电流，
Np、
分别为电机的极数和磁链，
Ld、Lq 分别为电机的d轴电感和电机q轴电感，
P1、P2分别是电机的电功率和机械功率，
Udc、Idc、
分别是直流侧电压、直流侧电流和电机转速，
理想情况下P1=P2，根据公式（3）q轴电流会产生力矩，所以
会产生有功功率，直接反应到电源模块直流母线电流Idc，此时Idc不为0A；
步骤五、通过微处理控制器调整旋转变压器零位偏移角，电源模块直流母线电流Idc也随之相应的变化，在永磁电机正向旋转时，如Idc>0，零位补偿值为旋转变压器角度补偿值与微调步长之差，如Idc<0，零位补偿值为旋转变压器补偿值与微调步长之和，零位补偿后的角度值为初始旋转变压器检测角度值与零位补偿值之和，以使永磁电机转子与d轴重合。
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