CN106787981A - 一种永磁电机的效率寻优控制方法 - Google Patents

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杨勇
苏建中
刘德超
喻小勇
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Zhongshan Ruixin Intelligent Control System Co., Ltd.
Original Assignee
Guangdong Mingyang Longyuan Power Electronics Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/11—Sinusoidal waveform

Abstract

本发明公开了一种永磁电机的效率寻优控制方法，包括以下步骤：（A）MCU通过捕获端口所采集电机转子的霍尔位置信号；（B）根据霍尔位置信号计算出电机旋转速度ω和转子的角度θ；（C）将给定速度ωref和电机实时旋转速度ω的差值通过速度PI环计算后产生正弦波的调制比M；（D）获取电流矢量滞后于电压矢量的超前角；（Ｅ）将转子的实时角度θ加上超前角后与正弦波的调制比M进行SVM空间矢量调制，产生电机需要的正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc；（Ｆ）将正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc加在电机绕组上使电机旋转。本发明降低驱动器采集相电流及矢量分解部分的硬件电路成本、提高产品竞争力。

Description

一种永磁电机的效率寻优控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制领域，特别是涉及简易正弦波控制的永磁同步电机效率寻优控制方法。
背景技术
由于电机在不同负载或者转速下，电流矢量滞后于电压矢量的角度θa(本文称为超前角)不固定，且三者的关系难以解析。如图1所示，为电机绕组的反电动势和相电流，对于表贴式永磁同步电机，电流矢量Is和反电动势电压矢量Us角度同相位时是电机效率最高。因此需要一种算法根据当前的负载和转速在线调整使电流矢量和反电动势电压矢量角度同相位，如果能够知道当前的负载和转速下电流矢量和反电动势电压矢量角度θa，通过软件把生成的正弦波偏移θa就可以满足电机一直工作在能效最优的状态。
传统永磁同步电机的正弦波控制需要通过霍尔传感器或采样电阻采集相电流，经过后续处理电路进入处理器的模拟数字转换后，通过矢量分解实现电机能效的寻优控制。这种控制方式对于对成本要求比较苛刻的应用领域(比如家电)会增加成本，因此限制了简易正弦波控制算法在这些场合的应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种永磁电机的效率寻优控制方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种永磁电机的效率寻优控制方法，包括以下步骤：(A)MCU通过捕获端口所采集电机转子的霍尔位置信号；(B)根据霍尔位置信号计算出电机旋转速度ω和转子的角度θ；(C)将给定速度ωref和电机实时旋转速度ω的差值通过速度PI环计算后产生正弦波的调制比M；(D)获取电流矢量滞后于电压矢量的超前角θa；(E)将转子的实时角度θ加上超前角θa后与正弦波的调制比M进行SVM空间矢量调制，产生电机需要的正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc；(F)将正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc加在电机绕组上使电机旋转。
进一步，所述步骤(D)中超前角θa通过二维表格查表获取，该二维表格的两个参量为电机转速N和调制比M。
所述二维表格的超前角θa试验标定方法包括以下步骤:(s1)被测电机工作在转速模式下，被测电机的测功机工作在转矩模式；(s2)维持被测电机转速不变，按一定步长增加测功机转矩直到允许的最大转矩，每次调节超前角θa并观测功率分析仪的输入功率，直到输入功率最小，记录在当前转速、转矩下对应的出的电压调制比M和超前角θa；(s3)按照一定步长增加转速直到允许的最大转速，每次在转速稳定之后重复步骤s2。
其中，所述步骤s2中电压调制比M等效于最优电压矢量大小|Us|。
此外，所述步骤(E)中转子的实时角度θ加上超前角θa时还增加有相位常量和/或误差变量。
与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：(1)降低驱动器采集相电流及矢量分解部分的硬件电路成本、提高产品竞争力。(2)最小单位电流下，电机可以输出最大的转矩，电机铜耗也最小。(3)方案简单，容易实施。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1为永磁同步电机的电流矢量和反电动势电压矢量波形图；
图2为本发明的简易正弦波控制原理框图；
图3为本发明的超前角二维查表示意图。
具体实施方式
如图2所示，为本发明的一种永磁电机的效率寻优控制方法，包括以下步骤：
(A)MCU通过捕获端口所采集电机转子的霍尔位置信号；
(B)根据霍尔位置信号计算出电机旋转速度ω和转子的角度θ；
(C)将给定速度ωref和电机实时旋转速度ω的差值通过速度PI环计算后产生正弦波的调制比M；
(D)获取电流矢量滞后于电压矢量的超前角θa；
(E)将转子的实时角度θ加上超前角θa后与正弦波的调制比M进行SVM空间矢量调制，产生电机需要的正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc；
(F)将正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc加在电机绕组上使电机旋转。
进一步，所述步骤(D)中超前角θa通过二维表格查表获取，该二维表格的两个参量为电机转速N和调制比M。
所述二维表格的超前角θa试验标定方法包括以下步骤:(s1)被测电机工作在转速模式下，被测电机的测功机工作在转矩模式；(s2)维持被测电机转速不变，按一定步长增加测功机转矩直到允许的最大转矩，每次调节超前角θa并观测功率分析仪的输入功率，直到输入功率最小，记录在当前转速、转矩下对应的出的电压调制比M(电压调制比M等效于最优电压矢量大小|Us|)和超前角θa；(s3)按照一定步长增加转速直到允许的最大转速，每次在转速稳定之后重复步骤s2。
按照以上方法记录数据，经过整理之后可得到如下表格：
超前角θa的在线查询方法：
将按照上述制表方法得到的二维表格写进程序，根据电机当前的转速和转速环输出的调制比M进行对超前角θa的在线查表。
此外，所述步骤(E)中转子的实时角度θ加上超前角θa时还增加有相位常量(比如±90)和/或误差变量，用来适应不同初始相位条件下的情况，以及减少误差的影响。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种永磁电机的效率寻优控制方法，其特征在于：包括以下步骤：（A）MCU通过捕获端口所采集电机转子的霍尔位置信号；（B）根据霍尔位置信号计算出电机旋转速度ω和转子的角度θ；（C）将给定速度ωref和电机实时旋转速度ω的差值通过速度PI环计算后产生正弦波的调制比M；（D）获取电流矢量滞后于电压矢量的超前角；（Ｅ）将转子的实时角度θ加上超前角后与正弦波的调制比M进行SVM空间矢量调制，产生电机需要的正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc；（Ｆ）将正弦波驱动信号Ua、Ub、Uc加在电机绕组上使电机旋转。
2.根据权利要求1所述的一种永磁电机的效率寻优控制方法，其特征在于：所述步骤（D）中超前角通过二维表格查表获取，该二维表格的两个参量为电机转速N和调制比M。
3.根据权利要求2所述的一种永磁电机的效率寻优控制方法，其特征在于：所述二维表格的超前角试验标定方法包括以下步骤: （s1）被测电机工作在转速模式下，被测电机的测功机工作在转矩模式；（s2）维持被测电机转速不变，按一定步长增加测功机转矩直到允许的最大转矩，每次调节超前角并观测功率分析仪的输入功率，直到输入功率最小，记录在当前转速、转矩下对应的出的电压调制比M和超前角；（s3）按照一定步长增加转速直到允许的最大转速，每次在转速稳定之后重复步骤s2。
4.根据权利要求3所述的一种永磁电机的效率寻优控制方法，其特征在于：所述步骤s2中电压调制比M等效于最优电压矢量大小|Us|。
5.根据权利要求1所述的一种永磁电机的效率寻优控制方法，其特征在于：所述步骤（E）中转子的实时角度θ加上超前角时还增加有相位常量和/或误差变量。
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