CN104410336B - 转子磁场定向偏差校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子磁场定向偏差校正方法及系统,该方法包括：分别获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压对和和执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；对Δθ₁和Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；最后，实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。以上技术方案中，同时考虑了初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ，提高了转子磁场定位的准确性，进而提高了电机的控制性能，并且，以上技术方案的整个执行过程为全自动的，过程简单并不需要增加额外的操作或其他设备，提高了工作效率。

Description

转子磁场定向偏差校正方法及系统

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种转子磁场定向偏差校正方法及系统。

背景技术

在控制永磁同步电机(以下简称电机)的过程中，通常需要对转子磁场定向偏差进行校正，以提高转子磁场定位的准确性，进而提高控制性能。

在实际应用中，影响转子磁场定位的准确性的因素主要有初始定向偏差和由于电压传递延迟造成的位置偏差，然而，现有的绝大部分转子磁场定向偏差校正方法中，通常需要增加额外的操作或其他设备，步骤繁琐、浪费时间，工作效率低，且只补偿了理想情况下的固定的电压传输延迟造成的位置偏差，易造成转子磁场定位的准确性低，进而导致控制性能低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种转子磁场定向偏差校正方法及系统，以达到耗时短、同时校正初始位置角度偏差和电压传递延迟角度偏差，进而提高工作效率、转子磁场定位的准确性的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供一种转子磁场定向偏差校正方法，包括：

获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压

获取永磁同步电机运行的第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压

分别对所述第一定子电流和第一定子电压第二定子电流和第二定子电压执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；

对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；

实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。

上述方法中，优选的，利用公式得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；

其中，为定子电流i^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，为定子电压u^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，r_s为相电阻，L_q为交轴同步电感。

上述方法中，优选的，对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置偏差角Δθ_c和正比系数τ，包括：

将所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂代入公式计算得到初始位置偏差角Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ。

上述方法中，优选的，当所述永磁同步电机空载，且采用的控制方式时，所述公式简化为

上述方法中，优选的，还包括：

实时显示校正的转子角度偏差Δθ。

上述方法中，优选的，还包括:

实时存储校正的转子角度偏差Δθ。

本发明还提供了一种转子磁场定向偏差校正系统，包括：

第一获取单元，用于获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压

第二获取单元，用于获取永磁同步电机运行的第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压

第一运算单元，用于分别对所述第一定子电流和第一定子电压第二定子电流和第二定子电压执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；

第二运算单元，用于对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；

校正单元，用于实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。

上述系统中，优选的，还包括：

显示单元，用于实时显示校正的转子角度偏差Δθ。

上述系统中，优选的，还包括：

存储单元，用于实时存储校正的转子角度偏差Δθ。。

以上本发明提供的转子磁场定向偏差校正方法及系统中，实时校正补偿的转子角度偏差Δθ同时考虑了初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ，提高了转子磁场定位的准确性，进而提高了电机的控制性能，具体地，利用反正切运算和预设算法对获取到的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压进行计算，以得到上述两种情况下的角度偏差；并且，以上技术方案的整个执行过程为全自动的，过程简单并不需要增加额外的操作或其他设备，提高了工作效率。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种转子磁场定向偏差校正方法实施例1的流程图；

图2为本发明一种转子磁场定向偏差校正系统实施例1的结构框图。

具体实施方式

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。

本发明的核心是提供一种转子磁场定向偏差校正方法及系统，以达到耗时短、同时校正初始位置角度偏差和电压传递延迟角度偏差，进而提高工作效率、转子磁场定位的准确性的目的。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参考图1，示出了本发明一种转子磁场定向偏差校正方法实施例1的流程图，该方法具体可以包括如下步骤：

步骤S100、获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压

步骤S101、获取永磁同步电机运行的第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压；

当永磁同步电机运行到某一转速ω_e1，也就是第一电角速度时，计算得到某一控制周期时的定子电流值和定子电压当永磁同步电机运行到某一转速ω_e2，也就是第二电角速度时，计算得到某一控制周期时的定子电流和定子电压其中，第一电角速度ω_e1、第二电角速度ω_e2为电机运行的任意两个不同的具体转速；

步骤S102、分别对所述第一定子电流和第一定子电压第二定子电流和第二定子电压执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；

本发明中，利用公式得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；

其中，为定子电流i^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，为定子电压u^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，r_s为相电阻，L_q为交轴同步电感。

当所述永磁同步电机空载，且采用的控制方式时，由式可知此时也等于0，这样上述公式简化为

步骤S103、对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；

本发明中，具体地，将所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂代入公式计算得到为常数的初始位置偏差角Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ。

步骤S104、实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。

本发明中，为了便于操作人员实时了解电机的角度偏差校正情况和事后查看、总结校正信息，还包括：

实时显示校正的转子角度偏差Δθ。

实时存储校正的转子角度偏差Δθ。

需要说明的是，本发明中的永磁同步电机运行的电角速度ω_e指广义上的电机运行的某一任意的转速，具有通用性，相当于是个自变量，而第一电角速度ω_e1、第二电角速度ω_e2为电角速度ω_e在某一时刻的具体转速；

具体地，在程序中通过计算出的初始位置偏差角Δθ_c和随速度成正比的偏差角kω_e来实时补偿转子角度偏差，无论是空载还是带载均能够在线校正永磁同步电机转子磁场定向偏差，无需增加额外操作或其它设备，且方法简单可靠。

相较现有技术中，复杂的初始转子位置定位或偏差的补偿方法，需要特殊的装置，不符合通用性原则，没有利用到电机控制系统的软件资源，并且没有区分以上两种转子位置偏差，只补偿了理想情况下的固定的电压传输延迟，实际上，该固定的电压传输延迟很难准确得到。

本发明目的在于从永磁电机牵引系统需求出发，创新地提出了一种校正永磁同步电机转子磁场定向偏差的全新的在线补偿策略：校正永磁同步电机转子磁场初始定向偏差，也就是初始位置偏差角Δθ_c，校正控制系统由电压传递延迟所导致的转子磁场位置偏差，也就是随速度成正比的偏差角τω_e，从而提高永磁同步电机转子磁场定向控制性能。

针对上述公式 的具体推理过程如下：

电机由两相旋转坐标系到两相静止坐标系的变换为：

当电机在转子磁场定向没有偏差和转子磁场定向存在偏差时电压矢量的park逆变换分别为：

由于电机在转子磁场定向没有偏差和转子磁场定向存在偏差时两种情况下电压矢量为同一值，故在park逆变换后的值u_α和u_β是一样的。

由式(2)和式(3)有：

同理，对于电流矢量有：

将式(4)和式(5)带入稳态时的d轴电压矢量方程式有

其中，稳态时的d轴电压矢量方程式为：u_d＝R_si_d-ω_eL_qi_q；

从而可得：

由式(7)可以看出，如果电机空载，忽略空载时的转矩，且采用控制方式，由式可知此时也等于0。此时有

转子磁场定向的位置偏差主要由两部分组成，其一是由于初始定位不准而导致的偏差，该值为一常数，其二是由于调制和脉冲延迟的影响而导致的偏差，该值是一与速度成正比的值。如下式所示

Δθ＝Δθ_c+τω_e (8)

设在速度为ω_e1时计算得到的偏差为Δθ₁，速度为ω_e2时计算得到的偏差为Δθ₂，可以得到下式：

求解式(9)可得

与上述本发明一种转子磁场定向偏差校正方法实施例1相对应，本发明还提供了一种转子磁场定向偏差校正系统实施例1，参考图2，该转子磁场定向偏差校正系统200可以包括：

第一获取单元201，用于获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压

第二获取单元202，用于获取永磁同步电机运行的第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压

第一运算单元203，用于分别对所述第一定子电流和第一定子电压第二定子电流和第二定子电压执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；

第二运算单元204，用于对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；

校正单元205，用于实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。

本发明中，转子磁场定向偏差校正系统200还包括：

显示单元，用于实时显示校正的转子角度偏差Δθ。

存储单元，用于实时存储校正的转子角度偏差Δθ。

综上，本发明提供的转子磁场定向偏差校正方法及系统中，实时校正补偿的转子角度偏差Δθ同时考虑了初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ，提高了转子磁场定位的准确性，进而提高了电机的控制性能，具体地，利用反正切运算和预设算法对获取到的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压进行计算，以得到上述两种情况下的角度偏差；并且，以上技术方案的整个执行过程为全自动的，过程简单并不需要增加额外的操作或其他设备，提高了工作效率。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于系统类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对本发明所提供的转子磁场定向偏差校正方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种转子磁场定向偏差校正方法，其特征在于，包括：

获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压

获取永磁同步电机运行的第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压

分别对所述第一定子电流和第一定子电压第二定子电流和第二定子电压执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂，具体利用公式得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；其中，为定子电流i^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，为定子电压u^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，r_s为相电阻，L_q为交轴同步电感；

对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ，具体包括：将所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂代入公式计算得到初始位置偏差角Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；

实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述永磁同步电机空载，且采用的控制方式时，所述公式简化为

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

实时显示校正的转子角度偏差Δθ。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括:

实时存储校正的转子角度偏差Δθ。

5.一种转子磁场定向偏差校正系统，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取永磁同步电机运行的第一电角速度ω_e1对应的第一定子电流和第一定子电压

第二获取单元，用于获取永磁同步电机运行的第二电角速度ω_e2对应的第二定子电流和第二定子电压

第一运算单元，用于分别对所述第一定子电流和第一定子电压第二定子电流和第二定子电压执行反正切运算，得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂，具体利用公式得到第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂；其中，为定子电流i^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，为定子电压u^*在dq坐标系下的d轴分量、q轴分量，r_s为相电阻，L_q为交轴同步电感；

第二运算单元，用于对所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂执行预设算法，得到初始位置角度偏差Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ，具体包括：将所述第一偏差角Δθ₁和第二偏差角Δθ₂代入公式计算得到初始位置偏差角Δθ_c和电压传递延迟角度偏差Δθ_τ的正比系数τ；

校正单元，用于实时校正转子角度偏差Δθ，其中，Δθ_τ＝τω_e，Δθ＝Δθ_c+Δθ_τ，ω_e为永磁同步电机运行的电角速度。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

显示单元，用于实时显示校正的转子角度偏差Δθ。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

存储单元，用于实时存储校正的转子角度偏差Δθ。