CN106026827A - 一种电机转子初始位置自适应获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机转子初始位置自适应获取方法，控制电机处于自由旋转状态，通以I_qcmd＝0、I_dcmd＝弱磁电流的电流指令，当电机转子初始位置对准后，电机处于静止状态，若初始位置未对准，则电机将会旋转，通过电机控制器调整转子初始位置偏移角，直到电机停止转动，最终使得电机转子d轴方向和定子A轴重合。本发明能实时快速地检测到电机转子的初始位置，避免每一台电机都需要上台架标定，节省了人力物力，提高了扭矩控制的精度，避免了重复劳动，提高了工作的效率，非常适合用于电机及其电机控制器在量产阶段的大规模制造。

Description

一种电机转子初始位置自适应获取方法

技术领域

本发明涉及一种电机转子初始位置自适应获取方法，属于永磁电机控制领域。

背景技术

永磁电机广泛应用于纯电动汽车和混合动力汽车上，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转子初始位置都存在一定的偏差，而转子初始位置信息是电动机正常起动运行的前提，也是控制算法正确实施的必要条件。若转子初始位置检测失误，会严重影响到以后对转子位置的计算，以致无法正确完成关于电机控制的其他一系列算法，将造成电机运转的紊乱并使之无法进入正常的运转状态。

目前，永磁电机转子初始位置的检测通常要通过机械结构定位法或者人工测量电机反电势等方法才能找到该初始角度，这需要工程师在台架上对每一台电机的初始位置重新标定，此举工作效率低，不适合用于电机的量产阶段。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电机转子初始位置自适应获取方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种电机转子初始位置自适应获取方法，包括以下步骤，

步骤1，电机控制器控制电机处于自由旋转状态；

步骤2，电机控制器对电机通以I_qcmd＝0、I_dcmd＝弱磁电流的电流指令；

步骤3，电机控制器采集电机的实际相电流，并将实际相电流转换成转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q；

步骤4，若转子初始位置对准，则电机处于静止状态，即实际q轴电流I_q等于0，I_d等于I_dcmd，则电机转子d轴方向和定子A轴重合；

若转子初始位置不对准，则电机仍处于旋转状态，即实际q轴电流I_q不等于0，I_d不等于I_dcmd，则电机控制器实时检测扭矩方向，通过控制信号调整转子初始位置偏移角，直至电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合。

电机控制器采集电机的转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q的过程为，

A1)在电机控制器交流侧的U相和V相各安放一个电流传感器，在电机控制器内预存CLARKE变换算法和PARK变换算法；

A2)通过交流侧两电流传感器分别采集I_u和I_v，并将I_u和I_v输入电机控制器，并计算出I_w；

A3)将三相电流I_u、I_v和I_w依次经过CLARKE变换算法和PARK变换算法，变换成转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q。

当转子初始位置不对准时，此时有，

$I_s=\sqrt{I_d^2+I_q^2}$

I_d＝I_s×cos(θ_e-θ+θ_Δ)

I_q＝I_s×sin(θ_e-θ+θ_Δ)

$T=\frac{3}{2}P\[{\mathrm{\ψI}}_q+(L_d-L_q)I_d{I}_q\]$

其中，

I_s为电机定子三相电流的合成旋转电流矢量；

θ为电机定子A轴方向与转子d轴方向的夹角；

θ_e为定子三相合成旋转矢量I_s与d轴方向的夹角；

θ_Δ为转子初始位置偏移角；

P为电机的极对数；

ψ为电机的永磁体磁链；

L_d、L_q分别为电机的d轴电感和q轴电感；

T为扭矩；

由于转子初始位置不对准，θ不为0，I_s的q轴分量I_q上将会有产生电流，将产生一定的扭矩，驱动电机朝着一个方向旋转。

调整转子初始位置偏移角的过程为，

偏移角从0°开始，以设定好的步长开始增加偏移角，每变化一次偏移角之前，都需要先关闭驱动输出，在增加偏移角的过程中，若扭矩方向发生变化，则停止增加偏移角，以扭矩旋转方向发生变化前后的偏移角为新的搜索范围，重新设定更小的搜索步长，直到电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合。

本发明所达到的有益效果：本发明能实时快速地检测到电机转子的初始位置，避免每一台电机都需要上台架标定，节省了人力物力，提高了扭矩控制的精度，避免了重复劳动，提高了工作的效率，非常适合用于电机及其电机控制器在量产阶段的大规模制造。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为永磁电机矢量控制示意图。

图3为调整转子初始位置偏移角的第一步。

图4为调整转子初始位置偏移角的第二步。

图5为调整转子初始位置偏移角的第三步。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种电机转子初始位置自适应获取方法，包括以下步骤：

步骤1，电机控制器控制电机处于自由旋转状态。

步骤2，电机控制器对电机通以I_qcmd＝0、I_dcmd＝弱磁电流的电流指令。

步骤3，电机控制器采集电机的实际相电流，并将相电流转换成转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q。

电机控制器采集电机的转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q的过程为，

A1)在电机控制器交流侧的U相和V相各安放一个电流传感器，在电机控制器内预存CLARKE变换算法和PARK变换算法；

A2)通过交流侧两电流传感器分别采集I_u和I_v，并将I_u和I_v输入电机控制器，并计算出I_w；

A3)将三相电流I_u、I_v和I_w依次经过CLARKE变换算法和PARK变换算法，变换成转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q。

步骤4，若转子初始位置对准，电机处于静止状态，即实际q轴电流I_q等于0、实际d轴电流I_d等于I_dcmd，则电机转子d轴方向和定子A轴重合；

若转子初始位置不对准，电机处于旋转状态，即实际q轴电流I_q不等于0、实际d轴电流I_d不等于I_dcmd，则电机控制器实时检测扭矩方向，通过控制信号调整转子初始位置偏移角，直至电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合，调整后的转子初始位置偏移角即为电机旋变初始位置角。

如图2所示，电机处于自由旋转状态时，当电机转子初始位置对准时，I_q等于0，I_d等于弱磁电流，电机处于静止状态，若初始位置未对准，实际q轴电流I_q不等于0、I_d不等于I_dcmd。

具体公式如下：

$I_s=\sqrt{I_d^2+I_q^2}$

I_d＝I_s×cos(θ_e-θ+θ_Δ)

I_q＝I_s×sin(θ_e-θ+θ_Δ)

$T=\frac{3}{2}P\[{\mathrm{\ψI}}_q+(L_d-L_q)I_d{I}_q\]$

其中，

I_s为电机定子三相电流的合成旋转电流矢量，

θ为电机定子A轴方向与转子d轴方向的夹角，

θ_e为定子三相合成旋转矢量I_s与d轴方向的夹角，

θ_Δ为转子初始位置偏移角

P为电机的极对数，

ψ为电机的永磁体磁链，

L_d、L_q分别为电机的d轴电感和q轴电感，

T为扭矩；

由于转子初始位置不对准，θ不为0，I_s的q轴分量I_q上将会有产生电流，将产生一定的扭矩，T>0或T<0，驱动电机朝着一个方向旋转。

调整转子初始位置偏移角的过程为：偏移角从0°开始，以设定好的步长开始增加偏移角，每变化一次偏移角之前，都需要先关闭驱动输出，在增加偏移角的过程中，若扭矩方向发生变化，则停止增加偏移角，以扭矩旋转方向发生变化前后的偏移角为新的搜索范围，重新设定更小的搜索步长，直到电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合。

下面给出具体调整实施例，如图3、4和5所示。

第一步图，将电机电角度等分为图中0、1、2…8，八个等分点，偏移角从0(0°)步开始，通一个定值电流指令。按45°一个步长增加偏移角θ₁、θ₂…，在增加偏移角的过程中，若扭矩方向发生变化，则停止增加偏移角，说明转子初始位置就在扭矩方向发生变化前后的范围内。

第二步图，在电角度3、4范围内，重新设定更小搜索步长3.1、3.2、…4，重复第一步内动作。直到扭矩方向发生变化，停止增加偏移角。

第三步图，重复第二步，直到电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合。

在初次安装旋变时，由于机械定位问题，导致每一台电机转子初始位置都有所不同，上述方法控制电机处于自由旋转状态，当电机转子初始位置对准后，电机处于静止状态，若初始位置未对准，则电机将会旋转，通过电机控制器调整转子初始位置偏移角，直到电机停止转动，最终使得电机转子d轴方向和定子A轴重合。避免了每一台电机都需要上台架标定，节省了人力物力，提高了扭矩控制的精度，避免了重复劳动，提高了工作的效率，非常适合用于电机及其电机控制器在量产阶段的大规模制造。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电机转子初始位置自适应获取方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1，电机控制器控制电机处于自由旋转状态；

步骤2，电机控制器对电机通以I_qcmd＝0、I_dcmd＝弱磁电流的电流指令；

步骤3，电机控制器采集电机的实际相电流，并将实际相电流转换成转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q；

步骤4，若转子初始位置对准，则电机处于静止状态，即实际q轴电流I_q等于0，I_d等于I_dcmd，则电机转子d轴方向和定子A轴重合；

若转子初始位置不对准，则电机仍处于旋转状态，即实际q轴电流I_q不等于0，I_d不等于I_dcmd，则电机控制器实时检测扭矩方向，通过控制信号调整转子初始位置偏移角，直至电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合。

2.根据权利要求1所述的一种电机转子初始位置自适应获取方法，其特征在于：电机控制器采集电机的转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q的过程为，

A1)在电机控制器交流侧的U相和V相各安放一个电流传感器，在电机控制器内预存CLARKE变换算法和PARK变换算法；

A2)通过交流侧两电流传感器分别采集I_u和I_v，并将I_u和I_v输入电机控制器，并计算出I_w；

A3)将三相电流I_u、I_v和I_w依次经过CLARKE变换算法和PARK变换算法，变换成转子实际d轴电流I_d和实际q轴电流I_q。

3.根据权利要求1所述的一种电机转子初始位置自适应获取方法，其特征在于：当转子初始位置不对准时，此时有，

$I_s=\sqrt{I_d^2+I_q^2}$

I_d＝I_s×cos(θ_e-θ+θ_Δ)

I_q＝I_s×sin(θ_e-θ+θ_Δ)

$T=\frac{3}{2}P\&lsqb;{\mathrm{\&psi;I}}_q+(L_d-L_q)I_d{I}_q\&rsqb;$

其中，

I_s为电机定子三相电流的合成旋转电流矢量；

θ为电机定子A轴方向与转子d轴方向的夹角；

θ_e为定子三相合成旋转矢量I_s与d轴方向的夹角；

θ_Δ为转子初始位置偏移角；

P为电机的极对数；

ψ为电机的永磁体磁链；

L_d、L_q分别为电机的d轴电感和q轴电感；

T为扭矩；

由于转子初始位置不对准，θ不为0，I_s的q轴分量I_q上将会有产生电流，将产生一定的扭矩，驱动电机朝着一个方向旋转。

4.根据权利要求1所述的一种电机转子初始位置自适应获取方法，其特征在于：调整转子初始位置偏移角的过程为，

偏移角从0°开始，以设定好的步长开始增加偏移角，每变化一次偏移角之前，都需要先关闭驱动输出，在增加偏移角的过程中，若扭矩方向发生变化，则停止增加偏移角，以扭矩旋转方向发生变化前后的偏移角为新的搜索范围，重新设定更小的搜索步长，直到电机停止转动，即电机转子d轴方向和定子A轴重合。