CN106788072A - 永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统，其中，控制原动机拖动永磁电机空载运转，以获得空载损耗曲线；断开原动机，控制电机控制器驱动永磁电机运转，输出初始角度；控制电机控制器给定q轴电流为0，同时通过原动机控制永磁电机的运转转速；获得理论空载直流电流和电流控制误差；判断直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；如果是，则对初始角度进行补偿，以获得当前初始角度修正值；如果否，则终止修正。本发明提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统，实现了对转子初始角度的精确定位；此外，需要调整修正不同电机的转子初始角度时，仅需更换电机即可，实现了该修正系统的通用性。

Description

永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统

技术领域

本发明涉及电机测试技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统。

背景技术

永磁同步电机功耗低，效率高、调速范围宽，被广泛应用于电动汽车领域，车用永磁同步电机控制多采用矢量控制算法，而永磁同步电机高性能的矢量控制离不开精准的转子初始角度，所以必须对每一台出厂的永磁同步电机的转子初始角度进行辨识确认。若辨识不准确，可能会造成永磁同步电机不能正常启动、失步，并且会大大降低电机效率，甚至影响整车续驶里程。

在现有技术中，大多永磁同步电机厂家批量生产电机时，将位置传感器安装到永磁电机轴上时，借助专用的电机位置传感器调零工装，将位置传感器与永磁电机转子零位间的角度固定在一个预先设定的角度，从而完成对转子初始角度的设置。

但是，通过上述方法调整时，转子初始角度的精度依赖工装精度，而在加工制造工装时，其精度很难保证；此外，工装的通用性较差，不同电机需要制作不同工装，导致成本增加，且费时费力。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统，以解决上述现有转子初始角度定位方法不能精确定位转子初始角度的问题，同时解决工装通用性差的问题。

本发明提供了一种永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，包括如下步骤：

控制原动机在各个转速下拖动永磁电机空载运转，获得永磁电机在各个转速下的空载损耗曲线；

断开原动机，控制电机控制器驱动永磁电机运转，输出永磁电机上转子的初始角度；

根据两相旋转坐标系，控制电机控制器给定交轴电流为0，同时通过原动机控制永磁电机以设定的转速运转；

根据空载损耗曲线，获得当前转速下的理论空载直流电流；

根据永磁电机的转矩控制精度需求，获得当前转速下的电流控制误差；

判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；

如果是，则对初始角度进行补偿，以获得当前初始角度修正值；

重新判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；

如果否，则终止修正。

如上所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，优选的是，对初始角度进行补偿具体包括如下步骤：

判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值是否大于电流控制误差的正值；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；

判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值是否小于电流控制误差的负值；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做加法运算。

如上所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，优选的是，所述补偿值通过如下公式获得：

δ＝0.1×0.02×θ₁

其中，δ为补偿值，θ₁为初始角度。

如上所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，优选的是，输出永磁电机上转子的初始角度具体包括如下步骤：

通过电机位置检测模块输出转子位置数据；

根据转子位置数据计算获得转子的初始角度。

如上所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，优选的是，根据空载损耗曲线，获得当前转速下的理论空载直流电流具体包括如下步骤：

根据当前转速，在空载损耗曲线上获取与当前转速对应的空载损耗功率；

根据空载损耗功率和理论空载直流电流计算公式获得理论空载直流电流，所述理论空载直流电流计算公式如下所示：

其中，I_idle为理论空载直流电流，P_idle为与当前转速对应的空载损耗功率，U_dc为直流侧电压。

如上所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，优选的是，根据永磁电机的转矩控制精度需求，当前转速下的电流控制误差具体通过如下公式获得：

其中，Δ为电流控制误差，n为转速，f为转矩精度。

本发明还提供了一种修正系统，其中，用于实施本发明提供的所述永磁同步电机转子初始角度修正方法，所述修正系统包括：

原动机，与被测永磁电机机械连接，用于拖动所述永磁电机运转；

电机控制器，与所述永磁电机电连接，用于对所述永磁电机进行矢量控制；

所述电机控制器内设置有初始角度修正单元，用于修正转子的初始角度。

如上所述的修正系统，其中，优选的是，还包括电机位置检测模块，所述电机位置检测模块与所述永磁电机和所述电机控制器电连接，用于输出转子位置数据。

如上所述的修正系统，其中，优选的是，所述初始角度修正单元包括理论空载直流电流计算模块、电流控制误差计算模块、判断模块和角度修正模块。

本发明提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统，通过判断直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值与电流控制误差之间的大小，实现了对转子角度的估算值和实际值超前或滞后关系的判断，进而实现了对转子初始角度的精确调整和定位；此外，需要调整修正不同电机的转子初始角度时，仅需更换电机即可，实现了该修正系统的通用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法在具体实施例中的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1为本发明实施例提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法的流程图。

如图1所示，本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子初始角度修正方法，其中，包括如下步骤：

步骤S100、控制原动机在各个转速下拖动永磁电机空载运转，获得永磁电机在各个转速下的空载损耗曲线。

具体地，可以根据原动机接收到的电流和电压来获得空载损耗的功率，并根据在各个转速下获得的功率来获得空载损耗曲线。

需要说明的是，可以通过原动机转速控制单元来实现对原动机转速的切换。

步骤S200、断开原动机，使原动机处于非工作状态，控制电机控制器驱动永磁电机运转，输出永磁电机上转子的初始角度。

具体地，输出永磁电机上转子的初始角度具体包括如下步骤：

步骤S210、通过电机位置检测模块输出转子位置数据；

步骤S220、根据转子位置数据计算获得转子的初始角度。

需要说明的是，控制电机控制器对永磁电机进行矢量控制，根据两相旋转坐标系(dq坐标系)，给直轴(d轴)输入设定的电流值，该设定的电流值可以为额定电流的0.2～0.4倍，以获得永磁电机较佳的运转状态。

步骤S300、根据dq坐标系，控制电机控制器给定交轴(q轴)电流为0，同时通过原动机控制永磁电机以设定的转速运转。

本领域技术人员可以理解的是，控制电机控制器给定q轴电流为0，可以保证永磁电机上不会加载扭矩，进而实现永磁电机受到原动机的拖动空载运转。

步骤S400、根据空载损耗曲线，获得当前转速下的理论空载直流电流。

具体地，获得当前转速下的理论空载直流电流具体包括如下步骤：

步骤S410、根据当前转速，在空载损耗曲线上获取与当前转速对应的空载损耗功率；

步骤S420、根据空载损耗功率和理论空载直流电流计算公式获得理论空载直流电流，且理论空载直流电流计算公式如下所示：

其中，I_idle为理论空载直流电流，P_idle为与当前转速对应的空载损耗功率，U_dc为直流侧电压。

步骤S500、根据永磁电机的转矩控制精度需求，获得当前转速下的电流控制误差。

具体地，当前转速下的电流控制误差具体通过如下公式获得：

其中，Δ为电流控制误差，n为转速，f为转矩精度。

步骤S600、判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差。

步骤S700、如果是，则对初始角度进行补偿，以获得当前初始角度修正值，并重新执行步骤S600。

为了便于对电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差的判断进行说明，可以利用如下公式：

|I_dc-I_idle|＞Δ或|I_dc-I_idle|≤Δ

其中，I_dc为直流侧电流。

图2为本发明实施例提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法在具体实施例中的流程图。

具体地，如图2所示，对初始角度进行补偿具体包括如下步骤：

步骤S710、判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值是否大于电流控制误差的正值；

步骤S720、如果是，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算。

即当I_dc-I_idle＞Δ时，转子角度的理论估算值滞后转子角度的实际值，故使初始角度与设定的补偿值做减法运算，以获得当前初始角度修正值。

步骤S730、判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值是否小于电流控制误差的负值；

步骤S740、如果是，则使初始角度与设定的补偿值做加法运算。

即当I_dc-I_idle＜-Δ时，转子角度的理论估算值超前转子角度的实际值，故使初始角度与设定的补偿值做加法运算，以获得当前初始角度修正值。

需要说明的是，所述补偿值可以通过如下公式获得：

δ＝0.1×0.02×θ₁

其中，δ为补偿值，θ₁为初始角度。

具体地，为了便于对初始角度修正过程进行说明，对初始角度的补偿可以通过如下公式实现：

θ_m＝θ_m-1±δ(m为2，3，4…)

其中，θ_m为当前初始角度修正值，θ_m-1为上一次初始角度修正值。

可以理解的是，令m＝2，当判断为I_dc-I_idle＞Δ时，则使θ₂＝θ₁-δ，并进一步地，在初始角度为θ₂的基础上，重新判断直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；

如果判断仍为I_dc-I_idle＞Δ，则使θ₃＝θ₂-δ，并进一步地，在初始角度为θ₃的基础上，重新判断直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；并以此类推。

相对地，当判断为I_dc-I_idle＜-Δ时，则使θ₂＝θ₁±δ；后续判断过程与上述I_dc-I_idle＞Δ时的判断过程相同，在此不再赘述。

步骤S800、如果否，则终止修正。

可以理解的是，当判断为|I_dc-I_idle|≤Δ时，则执行步骤S800，说明初始角度合格。

本发明实施例还提供了一种修正系统，用于实施本发明任意实施例提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法，该修正系统包括：原动机和电机控制器；其中，原动机与被测永磁电机机械连接，用于拖动永磁电机运转；电机控制器与永磁电机电连接，用于对永磁电机进行矢量控制；且电机控制器内设置有初始角度修正单元，用于修正转子的初始角度。

进一步地，该修正系统还包括电机位置检测模块，电机位置检测模块与永磁电机和电机控制器电连接，用于输出转子位置数据。

进一步地，初始角度修正单元包括理论空载直流电流计算模块、电流控制误差计算模块和角度修正模块。

可以理解的是，理论空载直流电流计算模块用于输出理论空载直流电流，电流控制误差计算模块用于输出电流控制误差，判断模块用于判断直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差，角度修正模块用于输出修正后的初始角度。

本发明实施例提供的永磁同步电机转子初始角度修正方法及修正系统，通过判断直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值与电流控制误差之间的大小，实现了对转子角度的估算值和实际值超前或滞后关系的判断，进而实现了对转子初始角度的精确调整和定位；此外，需要调整修正不同电机的转子初始角度时，仅需更换电机即可，实现了该修正系统的通用性。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机转子初始角度修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

控制原动机在各个转速下拖动永磁电机空载运转，获得永磁电机在各个转速下的空载损耗曲线；

断开原动机，控制电机控制器驱动永磁电机运转，输出永磁电机上转子的初始角度；

根据两相旋转坐标系，控制电机控制器给定交轴电流为0，同时通过原动机控制永磁电机以设定的转速运转；

根据空载损耗曲线，获得当前转速下的理论空载直流电流；

根据永磁电机的转矩控制精度需求，获得当前转速下的电流控制误差；

判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；

如果是，则对初始角度进行补偿，以获得当前初始角度修正值；

重新判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值的绝对值是否大于电流控制误差；

如果否，则终止修正。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其特征在于，对初始角度进行补偿具体包括如下步骤：

判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值是否大于电流控制误差的正值；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；

判断电机控制器的直流侧电流与理论空载直流电流的差值是否小于电流控制误差的负值；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做加法运算。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其特征在于，所述补偿值通过如下公式获得：

δ＝0.1×0.02×θ₁

其中，δ为补偿值，θ₁为初始角度。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其特征在于，输出永磁电机上转子的初始角度具体包括如下步骤：

通过电机位置检测模块输出转子位置数据；

根据转子位置数据计算获得转子的初始角度。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其特征在于，根据空载损耗曲线，获得当前转速下的理论空载直流电流具体包括如下步骤：

根据当前转速，在空载损耗曲线上获取与当前转速对应的空载损耗功率；

根据空载损耗功率和理论空载直流电流计算公式获得理论空载直流电流，所述理论空载直流电流计算公式如下所示：

$I_{idle}=\frac{P_{idle}}{U_{dc}}$

其中，I_idle为理论空载直流电流，P_idle为与当前转速对应的空载损耗功率，U_dc为直流侧电压。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，其特征在于，根据永磁电机的转矩控制精度需求，当前转速下的电流控制误差具体通过如下公式获得：

$\mathrm{\Δ}=\frac{n\×f}{9.55\×U_{dc}}$

其中，Δ为电流控制误差，n为转速，f为转矩精度。

7.一种修正系统，其特征在于，用于实施权利要求1-6任一项所述的永磁同步电机转子初始角度修正方法，所述修正系统包括：

原动机，与被测永磁电机机械连接，用于拖动所述永磁电机运转；

电机控制器，与所述永磁电机电连接，用于对所述永磁电机进行矢量控制；

所述电机控制器内设置有初始角度修正单元，用于修正转子的初始角度。

8.根据权利要求7所述的修正系统，其特征在于，还包括电机位置检测模块，所述电机位置检测模块与所述永磁电机和所述电机控制器电连接，用于输出转子位置数据。

9.根据权利要求8所述的修正系统，其特征在于，所述初始角度修正单元包括理论空载直流电流计算模块、电流控制误差计算模块、判断模块和角度修正模块。