CN106374806A - 一种永磁同步电机启动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机启动控制方法及装置。其中，该方法包括：确定永磁同步电机的转子的初始位置；向永磁同步电机注入高频电压分量；从永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流；从高频响应电流提取出高频电流负序分量；根据外差法，从高频电流负序分量求取出转子位置误差值；根据转子位置误差值，闭环控制永磁同步电机的转速调节至目标转速。在永磁同步电机启动时，通过根据转子位置误差值，闭环控制永磁同步电机的转速调节至目标转速，因此，其能够根据反馈的转子位置信息，控制永磁同步电机逐渐加速同步转动，避免直接对永磁同步电机施加目标转速而启动失败的问题发生。

Description

一种永磁同步电机启动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机启动控制方法及装置。

背景技术

永磁同步电机(Permanent magnetic synchronous machine,PMSM)在采用无传感器控制后，再加上变频技术的应用，性能优良，在许多领域有良好的应用前景，广泛应用于电动汽车、工业缝纫机、空调、电梯以及更高精度的数控机床及机器人等应用场合。

发明人在实现本发明的过程中，发现相关技术存在以下问题：现有永磁同步电机存在启动问题。由于永磁同步电机启动时，观测器本身均未开始工作，或者观测器的计算结果还未收敛，因此，永磁同步电机的闭环启动条件未具备，此时直接启动永磁同步电机，其容易启动失败。

发明内容

本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制方法及装置，其解决了现有技术永磁同步电机启动不可靠的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

在第一方面，本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制方法，所述方法包括：确定永磁同步电机的转子的初始位置；向所述永磁同步电机注入高频电压分量；从所述永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流；从所述高频响应电流提取出高频电流负序分量；根据外差法，从所述高频电流负序分量求取出转子位置误差值；根据所述转子位置误差值，闭环控制所述永磁同步电机的转速调节至目标转速。

可选地，在所述从所述高频响应电流提取出高频电流负序分量的步骤之前，包括：对所述高频响应电流进行滤波处理，输出滤波后的高频响应电流。

可选地，所述滤波处理包括带通滤波处理。

可选地，所述确定永磁同步电机的转子的初始位置，包括：向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，确定永磁同步电机的转子的初始位置；或者，向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

可选地，所述向所述永磁同步电机注入高频电压分量，包括：采集驱动所述永磁同步电机的输出电压；将所述输出电压叠加高频电压分量。

可选地，所述方法还包括：获取观测器观测到转子位置的信息；若所述转子位置符合目标转子位置，将所述永磁同步电机切入转速闭环控制。

在第二方面，本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制装置，所述装置包括：控制器，用于确定永磁同步电机的转子的初始位置，向所述永磁同步电机注入高频电压分量，从所述永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流，从所述高频响应电流提取出高频电流负序分量，根据外差法，从所述高频电流负序分量求取出转子位置误差值，根据所述转子位置误差值，闭环控制所述永磁同步电机的转速调节至目标转速；功率电路，用于根据所述控制器的控制信号，驱动所述永磁同步电机运转。

可选地，所述控制器具体用于：对所述高频响应电流进行带通滤波处理，输出滤波后的高频响应电流。

可选地，所述控制器还具体用于：向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，确定永磁同步电机的转子的初始位置；或者，用于向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

可选地，所述控制器还具体用于：采集驱动所述永磁同步电机的输出电压，将所述输出电压叠加高频电压分量。

可选地，所述控制器还具体用于：获取观测器观测到转子位置的信息，若所述转子位置符合目标转子位置，将所述永磁同步电机切入转速闭环控制。

在本发明各个实施例中，在永磁同步电机启动时，通过根据转子位置误差值，闭环控制永磁同步电机的转速调节至目标转速，因此，其能够根据反馈的转子位置信息，控制永磁同步电机逐渐加速同步转动，避免直接对永磁同步电机施加目标转速而启动失败的问题发生。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制方法的流程示意图；

图1a是永磁同步电机的坐标系

图1b是图1的步骤102的流程示意图；

图1c是本发明实施例提供一种转子位置误差值的提取过程示意图；

图2是本发明实施例提供另一种永磁同步电机启动控制方法的流程示意图；

图2a是本发明实施例提供一种位置控制的原理框图；

图2b是本发明实施例提供一种永磁同步电机角位移和时间的示意图；

图3是本发明实施例提供另一种永磁同步电机启动控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供另一种永磁同步电机启动控制方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供另一种永磁同步电机启动控制方法的流程示意图；

图6是本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制装置的结构示意图。

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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制方法的流程示意图。如图1所示，该永磁同步电机启动控制方法包括：

步骤0100、确定永磁同步电机的转子的初始位置；

永磁同步电机可以采用表贴式永磁同步电机、内埋式永磁同步电机及内嵌式永磁同步电机。图1a是永磁同步电机的坐标系。如图1a所示，ABC轴系是永磁同步电机三相静止坐标系，αβ轴系是永磁同步电机两相静止坐标系，dq轴系是永磁同步电机两相旋转坐标系。其中，永磁同步电机定子内有三相绕组，分别定义绕组轴线方向为A、B、C，互差角度是120度电角度，其构成ABC轴系。αβ轴定义在电机定子，α轴和A相轴向重合。

在启动永磁同步电机时，此时的永磁同步电机可以是处于静止状态，还可以是处于具有一定转速的转动状态。启动控制装置通过位置检测电路确定永磁同步电机的转子的初始位置，此处的位置检测电路可以是磁旋转编码器，其能够对转子的位置进行检测，并且将检测到的位置信息回传至启动控制装置，由启动控制装置确定永磁同步电机的转子的初始位置。通过确定永磁同步电机的转子的初始位置，其有利于在转子实际位置进行矢量控制启动，并且还可以使永磁同步电机在启动过程能够更加平稳和可靠。

步骤0102、向永磁同步电机注入高频电压分量；

启动控制装置采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)控制方法，对功率电路的三相开关管的占空比进行控制，输出电压驱动永磁同步电机运转。在产生高频电压分量时，启动控制装置可以通过控制功率电路产生高频电压分量，还可以通过专门高频电压产生电路产生高频电压分量。设计者可以根据控制需要，自行决定高频电压分量的频率。

在一些实施例中，为了降低启动控制装置的控制难度，如图1b所示，步骤102包括：

步骤01021、采集驱动永磁同步电机的输出电压；

步骤01022、将输出电压叠加高频电压分量。

启动控制装置采集驱动永磁同步电机的输出电压，将该输出电压和高频电压分量直接叠加，并且将叠加后的两者电压驱动永磁同步电机。因此，当需要调节驱动永磁同步电机的驱动电压并且获取永磁同步电机的转子位置时，启动控制装置可以单独调节用于产生高频电压分量的专门高频电压产生电路，无需进一步调节空间矢量脉宽调制控制方法。

步骤0104、从永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流；

在向永磁同步电机注入高频电压分量之后，由于此时的永磁同步电机的运行相对未能稳定，启动控制装置按照控制逻辑，延时一定时间，以便永磁同步电机进入稳态。当永磁同步电机进入稳态之后，启动控制装置从永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流，该高频响应电流包括正序分量和负序分量。其中，正序分量不包含转子位置信息，而负序分量包含转子位置信息。

步骤0106、从高频响应电流提取出高频电流负序分量；

步骤0108、根据外差法，从高频电流负序分量求取出转子位置误差值；

启动控制装置从高频响应电流提取出高频电流负序分量，根据外差法，从高频电流负序分量求取出转子位置误差值。此处，本技术领域人员根据实施例所训导的内容，结合现有技术，可以实现本实施例的目的。

图1c是本发明实施例提供一种转子位置误差值的提取过程示意图。如图1c所示，启动控制装置采用空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)控制方法，向永磁同步电机1c2输出电压1c1。此时，启动控制装置将输出电压1c1和高频电压分量1c3进行叠加，形成叠加后的输出电压驱动永磁同步电机1c2。启动控制装置通过采集永磁同步电机1c2输出的电流，从该电流提取出高频电流负序分量。在一些实施例中，为了抑制杂波信号对提取高频电流负序分量的影响，可以将采集到的输出电流1c4输入滤波电路1c5进行处理，具体的，如图2所示，在步骤0104之前，该永磁同步电机启动控制方法包括：

步骤0142、对高频响应电流进行滤波处理，输出滤波后的高频响应电流。

通过对高频响应电流进行滤波处理，启动控制装置能够将一些杂波信号滤除掉，输出滤波后的高频响应电流。在一些实施例中，该滤波处理可以带通滤波处理或低通滤波处理，设计者可以根据控制需要自行选择对应的滤波处理方式以及对应的滤波电路，例如低通滤波电路或带通滤波电路。

请再参阅图1c。启动控制装置从高频响应电流提取出高频电流负序分量，通过控制器1c6处理，其中，控制器1c6根据外差法从高频电流负序分量求取出转子位置误差值，并输出转子位置误差值1c7。

步骤0110、根据转子位置误差值，闭环控制永磁同步电机的转速调节至目标转速。

启动控制装置根据转子位置误差值，闭环控制永磁同步电机的转速调节至目标转速。闭环控制的过程如图2a所示。启动控制装置采集永磁同步电机的当前转子位置2a1，并且将当前转子位置2a1反馈至前端，启动控制装置将转子目标位置2a2和当前转子位置2a1进行相减，根据相减后的转子位置误差值，通过启动控制装置的控制器2a3驱动永磁同步电机2a4。通过闭环负反馈控制，启动控制装置能够将永磁同步电机的转速调节至目标转速。

随着转子位置的不断前进，速度开始增加，当速度明显大于零并且稳定后，永磁同步电机进入连续运行状态。如图2b所示，在启动过程中，永磁同步电机的角位移随着时间不断增加，其中，转子目标位置曲线2b1和实际转子位置曲线2b2在启动前期存在一定误差，在启动后期，实际转子位置曲线2b2逐渐吻合转子目标位置曲线2b1。

在本实施例中，采用该方法，其能够根据反馈的转子位置信息，控制永磁同步电机逐渐加速同步转动，避免直接对永磁同步电机施加目标转速而启动失败的问题发生。并且，其还能够在永磁同步电机携带重载的情况下进行启动和实现永磁同步电机的闭环启动。

在一些实施例中，当永磁同步电机能够稳定启动后，启动控制装置将永磁同步电机切入转速闭环控制。具体的，如图3所示，该永磁同步电机启动控制方法还包括：

步骤0112、获取观测器观测到转子位置的信息；

步骤0114、若转子位置符合目标转子位置，将永磁同步电机切入转速闭环控制；

步骤0116、若转子位置未符合目标转子位置，继续调节永磁同步电机的转子位置至目标转子位置。

观测器观测永磁同步电机的转子位置，并且将该观测到转子位置的信息传输给启动控制装置，启动控制装置判断该转子位置是否符合目标转子位置，若转子位置符合目标转子位置，将永磁同步电机切入转速闭环控制，若转子位置未符合目标转子位置，继续调节永磁同步电机的转子位置至目标转子位置。

在本实施例中，首先通过将永磁同步电机的转子位置为控制量，接着以转速为控制量，从而进一步实现电机的启动和运转。

在一些实施例中，对于步骤0100的确定永磁同步电机的转子的初始位置的方式，存在多种确定方式。可选地，如图4所示，除了包括图1所示的各个步骤，步骤100包括：

步骤1001、向永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

在步骤1001中，此时永磁同步电机处于静止状态，为了确定永磁同步电机的转子的初始位置，启动控制装置向永磁同步电机输入恒定电流，当转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，可以确定出永磁同步电机的转子的初始位置。

在一些实施例中，为了永磁同步电机的转子的初始位置，可选地，如图5所示，除了包括图1所示的各个步骤，步骤100包括：

步骤1002、向永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

在步骤1001中，此时永磁同步电机携带负载。启动控制装置向永磁同步电机输入恒定电流，当转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，可以确定出永磁同步电机的转子的初始位置。此处的预设角度可以根据设计目的自行选择。

图6是本发明实施例提供一种永磁同步电机启动控制装置的结构示意图。如图6所示，该启动控制装置60包括控制器601和功率电路602。控制器601用于确定永磁同步电机的转子的初始位置，向永磁同步电机注入高频电压分量，从永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流，从高频响应电流提取出高频电流负序分量，根据外差法，从高频电流负序分量求取出转子位置误差值，根据转子位置误差值，闭环控制永磁同步电机的转速调节至目标转速。功率电路602用于根据控制器的控制信号，驱动永磁同步电机运转。

可选地，控制器601具体用于：对高频响应电流进行带通滤波处理，输出滤波后的高频响应电流。

可选地，控制器601还具体用于：向永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，确定永磁同步电机的转子的初始位置；或者，用于向永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

可选地，控制器601还具体用于：采集驱动永磁同步电机的输出电压，将输出电压叠加高频电压分量。

可选地，控制器601还具体用于：获取观测器观测到转子位置的信息，若转子位置符合目标转子位置，将永磁同步电机切入转速闭环控制。

本实施例提供的启动控制装置的有关描述可以引用上述各个实施例的相关描述，在此不赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种永磁同步电机启动控制方法，其特征在于，包括：

确定永磁同步电机的转子的初始位置；

向所述永磁同步电机注入高频电压分量；

从所述永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流；

从所述高频响应电流提取出高频电流负序分量；

根据外差法，从所述高频电流负序分量求取出转子位置误差值；

根据所述转子位置误差值，闭环控制所述永磁同步电机的转速调节至目标转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述从所述高频响应电流提取出高频电流负序分量的步骤之前，包括：

对所述高频响应电流进行滤波处理，输出滤波后的高频响应电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述滤波处理包括带通滤波处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定永磁同步电机的转子的初始位置，包括：

向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，确定永磁同步电机的转子的初始位置；

或者，

向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向所述永磁同步电机注入高频电压分量，包括：

采集驱动所述永磁同步电机的输出电压；

将所述输出电压叠加高频电压分量。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取观测器观测到转子位置的信息；

若所述转子位置符合目标转子位置，将所述永磁同步电机切入转速闭环控制。

7.一种永磁同步电机启动控制装置，其特征在于，包括：

控制器，用于确定永磁同步电机的转子的初始位置，向所述永磁同步电机注入高频电压分量，从所述永磁同步电机输出的电流提取出高频响应电流，从所述高频响应电流提取出高频电流负序分量，根据外差法，从所述高频电流负序分量求取出转子位置误差值，根据所述转子位置误差值，闭环控制所述永磁同步电机的转速调节至目标转速；

功率电路，用于根据所述控制器的控制信号，驱动所述永磁同步电机运转。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器具体用于：对所述高频响应电流进行带通滤波处理，输出滤波后的高频响应电流。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还具体用于：向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线平行时，确定永磁同步电机的转子的初始位置；或者，用于向所述永磁同步电机输入恒定电流，在转子的d轴的方向和定子的A相轴线相差预设角度时，确定永磁同步电机的转子的初始位置。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述控制器还具体用于：采集驱动所述永磁同步电机的输出电压，将所述输出电压叠加高频电压分量。

11.根据权利要求7至10任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器还具体用于：获取观测器观测到转子位置的信息，若所述转子位置符合目标转子位置，将所述永磁同步电机切入转速闭环控制。