CN104300850A - 永磁同步直流无刷电机启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机技术。本发明是要解决现有的永磁同步直流无刷电机停机时间过短造成启动失败的问题，提供了一种永磁同步直流无刷电机启动控制方法，其技术方案可概括为：与现有技术相比，在定位阶段及预设的异步拖动阶段的一定时间内，不进行速度推定和相位推定。本发明的有益效果是，方便工作人员，适用于永磁同步直流无刷电机。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术，特别涉及永磁同步直流无刷电机。
背景技术
永磁同步直流无刷电机的启动和控制，一般采用定位、拖动和无位置传感器的运行，需要经历三个阶段，一是定位，将电机转子方向控制到指定位置，为开环控制；二是拖动，将电机拖动转动起来，以便通过计算电机的转数和电机的位置以及其角度，便于后续计算和控制，这个阶段也是开环控制；第三，需要采用电机转子位置、运行频率的推定值进入闭环控制。而传统的永磁无刷电机控制，在推定电机转子位置、角度及运行频率时，一般是将电机转子的位置角度误差即所谓的轴误差Δθ，通过速度推定单元获得电机转子转动的角速度ω和频率f＝2πω，再通过相位推定单元(θ＝∫ωdt，为微分运算，离散计算公式为θ＝θc-1+ωT，T为相位角度θ的计算周期，θc-1为上个周期计算的相位角度)得到电机转子的位置θ。为了保证电机的稳定运行，保护功率模块(IPM)不会被烧坏，需要不断的检测IPM的过电流情况，当IPM发生过流时，及时管段控制IPM的PWM波，同时不断检测电机运行是否失步，当失步发生时，及时的停止电机运行。
参见图1，传统启动控制模型示意图，其中，T3为开环控制时间，在定位和拖动阶段，由于是开环控制，电机转子的位置采用θ*＝∫ω*dt、运行频率采用f*，其中ω*和f*都是命令值，f*＝2πω*。在定位和拖动阶段，将电机转子转动的位置估计值和电机转子的真实位置之间的误差Δθ不断通过相位推定单元和速度推定单元推定出电机转子位置θ、电机运行频率f和角速度ω，当进入到无位置传感器运行阶段后，才进入闭环控制，电机转子的位置才采用θ＝∫ωdt、运行频率采用f，其中ω和f分别为电机转子运行的角速度和频率，f＝2πω。
在定位阶段和拖动阶段，由于一开始转子位置角度估计不准，而且又是开环控制，Δθ误差大小不确定，随后推定的ω和f不能够准确的代表电机的运行情况，在进入无位置传感器运行后，在负荷不是太重的情况下，随着时间的推移，由于是闭环控制，能够不断修正，正常运行，但是，如果正常启动运行一段时间后停止电机的运转，在停机时间很短的条件下，由于此时系统负荷加重，重新启动运行时，常常在拖动与无位置传感器运行的切换时刻，发生IPM过流和电机运行失步而停机，造成启动失败。
发明内容
本发明的目的是要解决现有的永磁同步直流无刷电机停机时间过短造成启动失败的问题，提供一种永磁同步直流无刷电机启动控制方法。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，永磁同步直流无刷电机启动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、系统设定开环控制参数给定值ω*，并预设推定时间；
步骤2、系统进入定位阶段，不启动速度推定单元及相位推定单元；
步骤3、系统进入异步拖动阶段，开始计时并等待，当当前计时时间达到预设推定时间时，进入步骤4；
步骤4、系统启动速度推定单元及相位推定单元；
步骤5、系统判断当前是否已进入无位置传感器运行阶段，若是则进入步骤7，若不是则进入步骤6；
步骤6、系统根据给定值ω*在速度推定单元及相位推定单元中分别计算控制参数f*和θ*，其中，f*＝2πω*，θ*＝∫ω*dt，回到步骤5；
步骤7、系统通过轴误差估计单元，推算出电机转子真实位置和估计位置之间的相位之差作为轴误差Δθ；
步骤8、系统将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f，所述f＝2πω；
步骤9、系统将获得的转动角速度ω及电机转子转动频率f输入相位推定单元推定出转子的相位θ，其中θ＝∫ωdt，得到控制参数ω、f及θ。
具体的，步骤1中，所述预设推定时间范围为0至500毫秒。
进一步的，步骤1中，所述预设推定时间为300毫秒。
再进一步的，步骤8中，所述系统将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f的方法为：速度推定单元采用PI调节或锁相环控制获得电机转子转动角速度ω，其输入为轴误差Δθ，输出为电机转子转动角速度ω，进一步通过公式f＝2πω得到电机转子转动频率f。
本发明的有益效果是，在本发明方案中，通过上述永磁同步直流无刷电机启动控制方法，由于在定位阶段及异步拖动阶段开始后一定时间内并未进行速度推定和相位推定，有效克服了由于在定位阶段或者异步拖动阶段，电机转子的位置未能达到控制位置，轴误差Δθ复读过大，造成速度推定单元和相位推定单元推定出的ω、f及θ偏差过大造成的启动控制失败问题，方便工作人员。
附图说明
图1为传统启动控制模型示意图；
图2为本发明实施例的启动模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明的永磁同步直流无刷电机启动控制方法中，首先系统设定开环控制参数给定值ω*，并预设推定时间，使用时，系统进入定位阶段，不启动速度推定单元及相位推定单元，当系统进入异步拖动阶段时，开始计时并等待，当当前计时时间达到预设推定时间时，系统启动速度推定单元及相位推定单元，时刻判断当前是否已进入无位置传感器运行阶段，若不是则系统根据给定值ω*在速度推定单元及相位推定单元中分别计算控制参数f*和θ*，其中，f*＝2πω*，θ*＝∫ω*dt，回到判断当前是否已进入无位置传感器运行阶段那一步，若是则系统通过轴误差估计单元，推算出电机转子真实位置和估计位置之间的相位之差作为轴误差Δθ，将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f，其中，f＝2πω，最后将获得的转动角速度ω及电机转子转动频率f输入相位推定单元推定出转子的相位θ，其中θ＝∫ωdt，得到控制参数ω、f及θ。
实施例
本发明实施例的永磁同步直流无刷电机启动控制方法，包括以下步骤：
步骤1、系统设定开环控制参数给定值ω*，并预设推定时间。
本步骤中，预设推定时间范围为0至500毫秒，优选为300毫秒。
步骤2、系统进入定位阶段，不启动速度推定单元及相位推定单元。
步骤3、系统进入异步拖动阶段，开始计时并等待，当当前计时时间达到预设推定时间时，进入步骤4。
步骤4、系统启动速度推定单元及相位推定单元。
步骤5、系统判断当前是否已进入无位置传感器运行阶段，若是则进入步骤7，若不是则进入步骤6。
步骤6、系统根据给定值ω*在速度推定单元及相位推定单元中分别计算控制参数f*和θ*，其中，f*＝2πω*，θ*＝∫ω*dt，回到步骤5。
步骤7、系统通过轴误差估计单元，推算出电机转子真实位置和估计位置之间的相位之差作为轴误差Δθ。
步骤8、系统将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f，所述f＝2πω。
本步骤中，系统将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f的方法为：速度推定单元采用PI调节或锁相环控制获得电机转子转动角速度ω，其输入为轴误差Δθ，输出为电机转子转动角速度ω，进一步通过公式f＝2πω得到电机转子转动频率f。
步骤9、系统将获得的转动角速度ω及电机转子转动频率f输入相位推定单元推定出转子的相位θ，其中θ＝∫ωdt，得到控制参数ω、f及θ。
参见图2，为本例的启动模型示意图，其中T0为定位阶段时间，T1为预设推定时间，T2为异步拖动阶段的剩余时间；与图1相比可见，图1中开环控制时间T3等于图2中定位阶段时间T0加上预设推定时间T1及异步拖动阶段的剩余时间T2。
Claims (4)
1.永磁同步直流无刷电机启动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、系统设定开环控制参数给定值ω*，并预设推定时间；
步骤2、系统进入定位阶段，不启动速度推定单元及相位推定单元；
步骤3、系统进入异步拖动阶段，开始计时并等待，当当前计时时间达到预设推定时间时，进入步骤4；
步骤4、系统启动速度推定单元及相位推定单元；
步骤5、系统判断当前是否已进入无位置传感器运行阶段，若是则进入步骤7，若不是则进入步骤6；
步骤6、系统根据给定值ω*在速度推定单元及相位推定单元中分别计算控制参数f*和θ*，其中，f*＝2πω*，θ*＝∫ω*dt，回到步骤5；
步骤7、系统通过轴误差估计单元，推算出电机转子真实位置和估计位置之间的相位之差作为轴误差Δθ；
步骤8、系统将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f，所述f＝2πω；
步骤9、系统将获得的转动角速度ω及电机转子转动频率f输入相位推定单元推定出转子的相位θ，其中θ＝∫ωdt，得到控制参数ω、f及θ。
2.如权利要求1所述的永磁同步直流无刷电机启动控制方法，其特征在于，步骤1中，所述预设推定时间范围为0至500毫秒。
3.如权利要求2所述的永磁同步直流无刷电机启动控制方法，其特征在于，步骤1中，所述预设推定时间为300毫秒。
4.如权利要求1或2或3所述的永磁同步直流无刷电机启动控制方法，其特征在于，步骤8中，所述系统将轴误差Δθ输入速度推定单元推定出转子的转动角速度ω及电机转子转动频率f的方法为：速度推定单元采用PI调节或锁相环控制获得电机转子转动角速度ω，其输入为轴误差Δθ，输出为电机转子转动角速度ω，进一步通过公式f＝2πω得到电机转子转动频率f。
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