CN105406782B - 一种永磁同步电机转子位置的辨识方法 - Google Patents

一种永磁同步电机转子位置的辨识方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子位置的辨识方法，步骤是：将永磁同步电机中性点与直流电压源中点接地，使永磁同步电机中性点的电压为0；通过三相全桥逆变器导通过程和续流过程功率管及续流二极管的通断状态，确定永磁同步电机端电压，用所述端电压减去所述中性点的电压，得到永磁同步电机相电压；采用所述相电压以及通过电流传感器检测得到的永磁同步电机相电流，根据永磁同步电机相电压平衡方程，计算得到永磁同步电机三相相反电势；利用永磁同步电机三相相反电势和电机反电势系数计算得到永磁同步电机角速度；对永磁同步电机角速度积分得到电机转子位置。本发明所需的电机参数少，结构简单，计算量小，辨识精度高，实时性好。

Description

一种永磁同步电机转子位置的辨识方法
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机，尤其涉及一种永磁同步电机转子位置的辨识方法，属于永磁同步电机控制领域。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、控制简单等诸多优点。近年来，永磁同步电机在高性能调速系统和伺服控制系统等工业领域中得到了日益广泛的应用。
永磁同步电机闭环控制中，转子位置的辨识对于电机的稳定运行具有重要的影响。若转子位置辨识不准，将导致永磁同步电机调速精度差、伺服效果不良，严重时会使永磁同步电机不能正常运行。特别是对于应用最为广泛的永磁同步电机矢量控制，电机转子位置信息更是影响矢量控制效果的关键因素。目前，公知的现有技术，一是采用霍尔传感器、光电编码器等各种传感器检测电机转子位置，但这种方法硬件成本高，且会降低电机控制系统可靠性；另一种方法利用电机电压、电流信号，通过各种观测器方法观测电机转子位置，但这种方法算法往往非常复杂，难以实际应用。
因此，现有技术的转子位置辨识效果存在诸多问题，难以满足永磁同步电机闭环控制要求。如何实时准确辨识永磁同步电机转子位置，是现有技术有待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决永磁同步电机闭环控制中电机转子位置难以实时准确辨识的问题，而提出一种永磁同步电机转子位置的辨识方法。
为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种永磁同步电机转子位置的辨识方法，包括如下步骤：
(1)将永磁同步电机中性点与直流电压源中点接地，从而永磁同步电机中性点的电压为0；
(2)确定永磁同步电机A、B、C三相端电压和相电压；
(3)检测永磁同步电机A、B、C三相相电流，结合前述相电压，计算永磁同步电机A、B、C三相相反电势；
(4)计算永磁同步电机角速度；
(5)计算永磁同步电机转子位置。
其中，所述步骤(2)中，永磁同步电机A、B、C三相端电压的确定方法是：首先判断三相全桥逆变器工作在导通过程还是续流过程，当工作在导通过程，永磁同步电机A、B、C三相端电压通过功率管的状态确定：若某相的上桥臂功率管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若某相的下桥臂功率管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；当工作在续流过程，永磁同步电机A、B、C三相端电压通过续流二极管的状态确定：若某相的上桥臂续流二极管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若某相的下桥臂续流二极管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负。
所述判断三相全桥逆变器工作在导通过程还是续流过程的方法是：检测三相全桥逆变器功率管是否全部关断，当三相全桥逆变器功率管不是全部关断时，则表明三相全桥逆变器处于导通过程；当三相全桥逆变器功率管全部关断，则表明三相全桥逆变器处于续流过程。
所述步骤(2)中，永磁同步电机A、B、C三相相电压的确定方法是：将永磁同步电机A、B、C三相端电压减去中性点的电压，得到永磁同步电机相电压，由于中性点的电压为0，故相电压与端电压相同。
所述步骤(3)的详细内容是：利用电流传感器检测永磁同步电机A、B、C三相相电流ia、ib、ic，再结合步骤(2)中的A、B、C三相相电压ua、ub、uc，根据下式永磁同步电机相电压平衡方程，计算得到永磁同步电机三相相反电势ea、eb、ec：
其中，Ra、Rb、Rc分别为永磁同步电机A、B、C三相相电阻，La、Lb、Lc分别为永磁同步电机A、B、C三相相电感。
所述步骤(4)计算永磁同步电机角速度的方法是，采用上述永磁同步电机A、B、C三相相反电势ea、eb、ec，以及永磁同步电机反电势系数Ke，计算得到永磁同步电机角速度：
所述步骤(5)计算永磁同步电机转子位置的方法是，对永磁同步电机角速度积分得到电机转子位置：
θ＝∫ωdt。
本发明的方法与现有技术相比，所需的电机参数少，结构简单，计算量小，辨识精度高，实时性好。
附图说明
图1为一种永磁同步电机转子位置的辨识方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一种永磁同步电机转子位置的辨识方法，包括下列步骤：
1、将永磁同步电机中性点与直流电压源中点接地，从而将永磁同步电机中性点的电压钳位为0；
2、通过三相全桥逆变器导通过程和续流过程中功率管及续流二极管的通断状态，确定永磁同步电机端电压；用所述端电压减去所述中性点的电压，得到永磁同步电机相电压；
在确定永磁同步电机A、B、C三相的端电压时，可根据三相全桥逆变器工作的导通过程和续流过程两种情况分别考虑，具体可通过检测三相全桥逆变器功率管是否全部关断来判断三相全桥逆变器是工作在导通过程还是续流过程，具体来说，当三相全桥逆变器功率管不是全部关断时，则表明三相全桥逆变器处于导通过程；当三相全桥逆变器功率管全部关断，则表明三相全桥逆变器处于续流过程。
在三相全桥逆变器导通过程，永磁同步电机A、B、C三相端电压通过功率管的状态确定：若某相的上桥臂功率管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若某相的下桥臂功率管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负。
在三相全桥逆变器续流过程，永磁同步电机A、B、C三相端电压通过续流二极管的状态确定：由于续流过程三相全桥逆变器功率管全部关断，永磁同步电机A、B、C各相通过各自所连接的三相全桥逆变器桥臂上唯一开通的续流二极管续流，若某相的上桥臂续流二极管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若某相的下桥臂续流二极管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负。
将上述端电压减去上述中性点的电压，得到永磁同步电机相电压，由于上述中性点的电压为0，故相电压与上述端电压相同：A相相电压ua等于A相端电压，B相相电压ub等于B相端电压，C相相电压uc等于C相端电压。
3、利用电流传感器检测永磁同步电机A、B、C三相相电流ia、ib、ic，再结合前述相电压ua、ub、uc，根据下式永磁同步电机相电压平衡方程，计算得到永磁同步电机三相相反电势ea、eb、ec：
其中，Ra、Rb、Rc分别为永磁同步电机A、B、C三相相电阻，La、Lb、Lc分别为永磁同步电机A、B、C三相相电感。
4、采用上述永磁同步电机A、B、C三相相反电势ea、eb、ec，以及永磁同步电机反电势系数Ke，计算得到永磁同步电机角速度：
5、对永磁同步电机角速度积分得到电机转子位置：
θ＝∫ωdt。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机转子位置的辨识方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将永磁同步电机中性点与直流电压源中点接地，从而永磁同步电机中性点的电压为0；
(2)确定永磁同步电机A、B、C三相端电压和相电压；
(3)检测永磁同步电机A、B、C三相相电流，结合前述相电压，计算永磁同步电机A、B、C三相相反电势；
(4)计算永磁同步电机角速度；
(5)计算永磁同步电机转子位置；
其中，所述步骤(2)中，永磁同步电机A、B、C三相端电压的确定方法是：首先判断三相全桥逆变器工作在导通过程还是续流过程，当工作在导通过程，永磁同步电机A、B、C三相端电压通过功率管的状态确定：若某相的上桥臂功率管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若某相的下桥臂功率管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；当工作在续流过程，永磁同步电机A、B、C三相端电压通过续流二极管的状态确定：若某相的上桥臂续流二极管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为正，若某相的下桥臂续流二极管开通，则该相端电压数值为直流电压源幅值的1/2、极性为负；
所述判断三相全桥逆变器工作在导通过程还是续流过程的方法是：检测三相全桥逆变器功率管是否全部关断，当三相全桥逆变器功率管不是全部关断时，则表明三相全桥逆变器处于导通过程；当三相全桥逆变器功率管全部关断，则表明三相全桥逆变器处于续流过程；
所述步骤(2)中，永磁同步电机A、B、C三相相电压的确定方法是：将永磁同步电机A、B、C三相端电压减去中性点的电压，得到永磁同步电机相电压，由于中性点的电压为0，故相电压与端电压相同；
所述步骤(3)的详细内容是：利用电流传感器检测永磁同步电机A、B、C三相相电流ia、ib、ic，再结合步骤(2)中的A、B、C三相相电压ua、ub、uc，根据下式永磁同步电机相电压平衡方程，计算得到永磁同步电机三相相反电势ea、eb、ec：
其中，Ra、Rb、Rc分别为永磁同步电机A、B、C三相相电阻，La、Lb、Lc分别为永磁同步电机A、B、C三相相电感；
所述步骤(4)计算永磁同步电机角速度的方法是，采用上述永磁同步电机A、B、C三相相反电势ea、eb、ec，以及永磁同步电机反电势系数Ke，计算得到永磁同步电机角速度：
所述步骤(5)计算永磁同步电机转子位置的方法是，对永磁同步电机角速度积分得到电机转子位置：
θ＝∫ωdt。
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