CN105262401A - 一种pmsm永磁同步电机初始相位定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法，该方法能准确检测出电机转子初始信息，因注入高频电压信号频率高、幅值低，检测过程中电机转子不会发生“抖动”现象；电机启动不会出现反转信号，该方法能够满足永磁同步电机平稳启动的要求；通过该方法提取转子初始位置信息，能够适用于凸极同步电机，同样也适应于隐极电机，通用型光，并能省去价格昂贵，并与维护困难的绝对式光电编码器，大大降低控制成本，并能大大拓宽永磁同步电机的无速度传感器控制方法的应用场合；该方法不受注入高频电压信号的幅值和角频率的影响，对电机参数不敏感，鲁棒性强，且实现方法简单，不需要增加额外的电路。

Description

一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法
技术领域
本发明涉及一种定位方法，特别涉及一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法。
背景技术
在永磁同步电机控制中，若不能预知转子初始位置，就会出现转子短暂反转或失步而得启动失败。尤其是在无速度传感器控制设备中，由于不适用绝对式光电编码器，故必须通过软件算法来检测出转子的初始位置；现有通用的应用于家用电器以及相关汽车电器的永磁同步电机，多采用初始通直流电，主动定位的方法，来确定初始磁极位置，这种方法能够确保准确获知转子位置，保证启动顺利，但该中方法存在启动前电机会出现“抖动”或者反转的现象，这在一些特殊的应用场合，如一些汽车电器，电机启动前绝不允许出现反转的情况，那么这种方法就不适用，必须采用其他方法，确保在电机绝对静止的情况下获知电机转子的位置信息。高频信号号注入法解决了电机“抖动”的问题，其高频电流响应信号中含有转子的位置信息，但其对高频电流响应信号的解调算法很复杂，运算量大，理论性强，实际应用往往问题较多。脉冲信号注入法检测转子初始位置方法简单，但检测时间长，且转子也易出现“抖动”。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法，其特征在于包括如下步骤：
(1).通过主控芯片及驱动电路向电机中注入200Hz高频信号，电压幅值约为额定工作电压的1/10；
(2).采样两相电机定子绕组电流，根据三相绕组电流之和为零，可得第三相绕组电流；
(3).通过坐标变换，将三轴坐标变为两轴坐标；
(4).根据上一步迭代得到的相位角，进行磁场定向，转变为旋转两轴坐标，实现转子磁场定向；
(5).进行转矩电流和励磁电流的PI调节；
(6).根据电机转速和电机时间常数计算新的坐标变换角，进行静止两轴坐标和旋转坐标反变换；
(7).进行两轴坐标变换为三轴超标；
(8).根据变换得到的三轴参数进行PWM占空比的计算，生成电压矢量进行电机控制；
(9).检测三相输出电流Ia，Ib，Ic；
(10).对输出的电流值利用滤波器进行滤波，得到三相输出电流的幅值Iaf，Ibf，Icf；
(11).在提取到三相高频响应电流幅值之后，比较三个电流幅值，在[0°，180°]区间内判断区域范围，可准确得到转子初始位置信息。
进一步的，所述数字滤波器为低通滤波器。
进一步的，所述步骤(9)在检测输出电流时，保持电机静止。
相对现有技术，本发明的有益效果是：
通过对三相高频电压信号的电流响应进行低通滤波，得到三相电流响应幅值大小关系，根据响应的电机模型，从而得到电机转子的初始位置信息；该方法能准确检测出电机转子初始信息，因注入高频电压信号频率高、幅值低，检测过程中电机转子不会发生“抖动”现象，电机启动不会出现反转信号，该方法能够满足永磁同步电机平稳启动的要求；通过该方法提取转子初始位置信息，能够适用于凸极同步电机，同样也适应于隐极电机，通用型光，并能省去价格昂贵，并与维护困难的绝对式光电编码器，大大降低控制成本，并能大大拓宽永磁同步电机的无速度传感器控制方法的应用场合；该方法不受注入高频电压信号的幅值和角频率的影响，对电机参数不敏感，鲁棒性强，且实现方法简单，不需要增加额外的电路。
具体实施方式
下面通过具体的实施方式来对本方面进一步的说明，一让本领域技术人员能够很好的理解本发明。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法，其特征在于包括如下步骤：
(1).通过主控芯片及驱动电路向电机中注入200Hz高频信号，电压幅值约为额定工作电压的1/10；
(2).采样两相电机定子绕组电流，根据三相绕组电流之和为零，可得第三相绕组电流；
(3).通过坐标变换，将三轴坐标变为两轴坐标；
(4).根据上一步迭代得到的相位角，进行磁场定向，转变为旋转两轴坐标，实现转子磁场定向；
(5).进行转矩电流和励磁电流的PI调节；
(6).根据电机转速和电机时间常数计算新的坐标变换角，进行静止两轴坐标和旋转坐标反变换；
(7).进行两轴坐标变换为三轴超标；
(8).根据变换得到的三轴参数进行PWM占空比的计算，生成电压矢量进行电机控制；
(9).检测三相输出电流Ia，Ib，Ic；步骤(9)在检测输出电流时，保持电机静止。
(10).对输出的电流值利用滤波器进行滤波，得到三相输出电流的幅值Iaf，Ibf，Icf；
(11).在提取到三相高频响应电流幅值之后，比较三个电流幅值，在[0°，180°]区间内判断区域范围，可准确得到转子初始位置信息。
所述数字滤波器为低通滤波器。滤波器对电流幅值的提取过程包括：
首先，S1＝I*cos(ωt)；S2＝I*sin(ωt)；分别对S1和S2进行滤波；
低通滤波器的计算方式如下：
y(k)＝0.0134*u(k)+0.0267*u(k-1)+0.0134*u(k-2)+1.6475*y(k-1)-0.7009*y(k-2)
通过计算后得到y1和y2；
进一步将y1和y2分别平方，得到A1和A2，即A1＝y1*y1；A2＝y2*y2；
A1∧2+A2∧2＝[A(i)]∧2/4；
对[A(i)]∧2/4开根号乘以2，即为A(i)；
此处的A(i)即为电流的幅值。
步骤(11)中比较Iaf、Ibf和Icf，在[0°,180°]区间内判断区域范围，具体如下表所示：
表1
实验及实际运用表明，转子初始位置角度检测误差在6°之内，检测精度远远超过由3个光电开关构成的分辨率为60°的绝对式光电编码器的分辨准确度±30°，因而具有广泛发应用价值。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出的实施例。

Claims (3)

1.一种PMSM永磁同步电机初始相位定位方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）.通过主控芯片及驱动电路向电机中注入200Hz高频信号，电压幅值约为额定工作电压的1/10；
（2）.采样两相电机定子绕组电流，根据三相绕组电流之和为零，可得第三相绕组电流；
（3）.通过坐标变换，将三轴坐标变为两轴坐标；
（4）.根据上一步迭代得到的相位角，进行磁场定向，转变为旋转两轴坐标，实现转子磁场定向；
（5）.进行转矩电流和励磁电流的PI调节；
（6）.根据电机转速和电机时间常数计算新的坐标变换角，进行静止两轴坐标和旋转坐标反变换；
（7）.进行两轴坐标变换为三轴超标；
（8）.根据变换得到的三轴参数进行PWM占空比的计算，生成电压矢量进行电机控制；
（9）.检测三相输出电流Ia，Ib，Ic；
（10）.对输出的电流值利用滤波器进行滤波，得到三相输出电流的幅值Iaf，Ibf，Icf；
（11）.在提取到三相高频响应电流幅值之后，比较三个电流幅值，在[0°，180°]区间内判断区域范围，可准确得到转子初始位置信息。
2.根据权利要求1所述的PMSM永磁同步电机初始相位定位方法，其特征在于所述数字滤波器为低通滤波器。
3.根据权利要求1所述的PMSM永磁同步电机初始相位定位方法，其特征在于所述步骤（9）在检测输出电流时，保持电机静止。
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