CN106856386B - 永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，包括：步骤一，驱动电机转子以转速ω₀转动；步骤二，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第一校正量；步骤三，驱动电机转子以转速‑ω₀转动；步骤四，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第二校正量；步骤五，利用第一校正量和第二校正量，对3‑2变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准；步骤六，利用步骤五中校准的3‑2变换器所使用的转子磁极位置信息、第一校正量和第二校正量，对2‑3变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准。本发明的校准过程无需增加其它的硬件成本，并且无需人工干预，同时两个校正量通过闭环获得，保证了校准结果的准确性。

Description

永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法

技术领域

本发明与永磁同步电机有关，具体属于一种永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法。

背景技术

永磁同步电机(以下称为PMSM)在各个行业都有着广泛的应用，其中磁场定向控制算法是常用的PMSM驱动方法，图1所示为采用磁场定向控制算法的磁场定向控制器的示意图，其中磁场定向控制器主要由3-2变换器、电流调节器、电压交叉项补偿器、加法器、2-3变换器组成。

为了成功准确地驱动PMSM并获得优秀的驱动性能，前提是必须确定PMSM的永磁体转子的磁极位置信息(以下称为位置信息)。通常，使用绝对位置传感器来获取所述位置信息；当然也可以使用相对位置传感器，并结合转子磁极初始位置检测算法，以获取所述位置信息。

一般来说，上述两种方法所获取的位置信息很可能存在偏差，从而导致PMSM的驱动性能降低，尤其是当需要对谐波进行抑制时，必须精确地确定位置信息。

上述位置信息的偏差有两种类型：

第一种是用于3-2变换(即将三相电流反馈值变换为直轴、交轴电流反馈值)的位置信息偏差，导致这种偏差的典型原因有：1)位置传感器的安装位置有偏差，2)转子磁极初始位置检测的运算结果有偏差；

第二种是用于2-3变换(即将直轴、交轴电压指令值变换为三相电压指令值)的位置信息偏差，导致这种偏差的典型原因有：1)位置传感器的安装位置有偏差，2)从获取位置信息的时刻开始，算法运算经历了一段时间τ_s后才完成2-3变换运算，在时间τ_s内，电机转子转动到了其它位置，于是位置信息产生了偏差，3)从发出三相电压指令的时刻开始，要经历一段时间τ_h后，硬件才将电压施加到PMSM，在时间τ_h内，电机转子转动到了其它位置，于是位置信息也产生了偏差。

目前已有的位置信息校准方法，都存在或多或少的缺陷，例如需要人工参与测量、实现不方便，没有对上述两类位置信息的偏差分别进行校准，校准的精确性较差，需要额外的硬件开销。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，可以对3-2变换和2-3变换产生的位置信息偏差分别进行校准。

为解决上述技术问题，本发明提供的永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，包括以下步骤：

步骤一，驱动电机转子以转速ω₀转动；

步骤二，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第一校正量；

步骤三，驱动电机转子以转速-ω₀转动；

步骤四，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第二校正量；

步骤五，利用第一校正量和第二校正量，对3-2变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准；

步骤六，利用步骤五中校准的3-2变换器所使用的转子磁极位置信息、第一校正量和第二校正量，对2-3变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准。

其中，在步骤二和步骤四中，对电流调节器生成的直轴电压指令进行一定增益的积分运算，将积分结果与3-2变换器使用的转子磁极位置信息求和后赋值给2-3变换器使用的转子磁极位置信息，当积分结果稳定后，该积分结果即为转子磁极位置信息的第一校正量，其中步骤二中的增益符号与转速ω₀相反，步骤四中的增益符号与转速ω₀相同。

在步骤五中，3-2变换器使用的转子磁极位置信息的校准公式为：

其中，THI_后为校准后的3-2变换器使用的转子磁极位置信息，THI_前为校准前的3-2变换器使用的转子磁极位置信息，Δθ_inc为转子磁极位置信息的第一校正量，Δθ_dec为转子磁极位置信息的第二校正量。

在步骤六中，2-3变换器使用的转子磁极位置信息的校准公式为：

其中，THO_后为校准后的2-3变换器使用的转子磁极位置信息，ω为永磁同步电机的转子当前转速。

本发明控制永磁同步电机分别以相同的转速不同的方向运行，并在运行期间利用电流调节器输出的直轴电压指令获取两个校正量，通过两个校正量对3-2变换中的位置信息偏差和2-3变换中的位置信息偏差分别进行校准，该校准过程无需增加其它的硬件成本，并且无需人工干预，同时两个校正量通过闭环获得，保证了校准结果的准确性。

附图说明

图1为用于PMSM驱动的磁场定向控制算法的示意图；

图2为本发明校准方法中的校正量的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

首先，对本发明使用的磁场定向控制器中涉及的物理量英文符号加以说明：

IU……PMSM的U相电流反馈值；

IV……PMSM的V相电流反馈值；

IW……PMSM的W相电流反馈值；

ID……PMSM的直轴电流反馈值；

IQ……PMSM的交轴电流反馈值；

IDS……PMSM的直轴电流指令值；

IQS……PMSM的交轴电流指令值；

VDS……电流调节器输出的直轴电压指令；

VQS……电流调节器输出的交轴电压指令；

DVDS……电压交叉项补偿器输出的直轴电压指令补偿值；

DVQS……电压交叉项补偿器输出的交轴电压指令补偿值；

VD……输入2-3变换器的最终直轴电压指令；

VQ……输入2-3变换器的最终交轴电压指令；

VU……PMSM的U相电压指令；

VV……PMSM的V相电压指令；

VW……PMSM的W相电压指令；

THI……3-2变换器使用的转子磁极位置信息；

THO……2-3变换器使用的转子磁极位置信息。

如图1所示，在磁场定向控制器中，3-2变换器根据其使用的转子磁极位置信息THI将PMSM的三相电流反馈值IU、IV、IW变换为PMSM的直轴电流反馈值ID、交轴电流反馈值IQ。电流调节器根据直轴电流反馈值ID、交轴电流反馈值IQ、直轴电流指令值IDS、交轴电流指令值IQS计算直轴电压指令VDS、交轴电压指令VQS，其中直轴电流指令值IDS和交轴电流指令值IQS由速度调节器(图中未表示)提供。2-3变换器根据其使用的转子磁极位置信息THO将最终直轴电压指令VD、最终交轴电压指令VQ变换为PMSM的三相电压指令VU、VV、VW，且三相电压指令VU、VV、VW将被送往驱动器硬件(图中未表示)。

在电压交叉项补偿器中，直轴电压指令补偿值DVDS和交轴电压指令补偿值DVQS按照如下公式获得：

DVDS＝-ω·LQ·IQ

DVQS＝ω(LD·ID+Ψ_f)

其中，LQ是PMSM的交轴电感值，LD是PMSM的直轴电感值；Ψ_f是PMSM的转子永磁体磁链。

在加法器中，输出的最终直轴电压指令VD和最终交轴电压指令VS按照如下公式获得：

VD＝VDS+DVDS

VQ＝VQS+DVQS

本发明的永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，包括以下步骤：

步骤一，驱动电机转子以转速ω₀转动；

步骤二，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第一校正量；

步骤三，驱动电机转子以转速-ω₀转动；

步骤四，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第二校正量；

步骤五，利用第一校正量和第二校正量，对3-2变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准；

步骤六，利用步骤五中校准的3-2变换器所使用的转子磁极位置信息、第一校正量和第二校正量，对2-3变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准。

实施例一

在本实施例中，永磁同步电机转子磁极位置信息的校准步骤如下：

步骤一，驱动电机转子以特定转速ω₀转动；

步骤二，利用电流调节器所生成的直轴电压指令VDS，计算转子磁极位置信息的第一校正量Δθ_inc；其具体方法为：

1)对直轴电压指令VDS进行特定增益IG(该增益IG的取值可以根据需要设置)的积分运算，且IG的符号与ω₀相反，并将积分运算结果Δθ_comp与3-2变换器使用的转子磁极位置信息THI相加，将求和结果TH供给2-3变换器使用，如图2所示，其中2-3变换器根据求和结果TH将最终直轴电压指令VD、最终交轴电压指令VQ变换为PMSM的三相电压指令VU、VV、VW，而不是根据原来的2-3变换器使用的转子磁极位置信息THO将最终直轴电压指令VD、最终交轴电压指令VQ变换为PMSM的三相电压指令VU、VV、VW；

2)当积分运算结果Δθ_comp之值稳定后，将其记录为转子磁极位置信息的第一校正量Δθ_inc；

步骤三，驱动电机转子以转速-ω₀转动；

步骤四，利用电流调节器所生成的直轴电压指令VDS，计算转子磁极位置信息的第二校正量Δθ_dec；其具体方法为：

1)对直轴电压指令VDS进行特定增益IG的积分运算，且IG的符号与ω₀相同，并将积分运算结果Δθ_comp与3-2变换器使用的转子磁极位置信息THI相加，将求和结果TH供给2-3变换器使用，如图2所示；

2)当积分运算结果Δθ_comp之值稳定后，将其记录为转子磁极位置信息的第二校正量Δθ_dec；

步骤五，按照下述公式对3-2变换器使用的转子磁极位置信息THI进行校准：

其中，THI_后为校准后的3-2变换器使用的转子磁极位置信息，THI_前为校准前的3-2变换器使用的转子磁极位置信息；

步骤六，利用步骤五中校准后的3-2变换器使用的转子磁极位置信息按照下述公式对2-3变换器使用的转子磁极位置信息THO进行校准：

其中，ω是PMSM转子的当前转速。

实施例二

实施例二与实施例一的校准步骤相同，区别之处在于积分增益IG的取值不同。在本实施例中，积分增益IG的取值为其中，Ψ_f是PMSM的转子永磁体磁链，ω是PMSM转子的当前转速，ω_c是正常数；ω_c越大，则Δθ_comp的稳定速度越快，ω_c越小，则Δθ_comp的稳定速度越慢。

本发明控制永磁同步电机分别以相同的转速不同的方向运行，并在运行期间利用电流调节器输出的直轴电压指令获取两个校正量，通过两个校正量对3-2变换中的位置信息偏差和2-3变换中的位置信息偏差分别进行校准，该校准过程无需增加其它的硬件成本，并且无需人工干预，同时两个校正量通过闭环获得，保证了校准结果的准确性。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，所述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，其并非对本发明进行限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员对校准方法中涉及到的增益等参数的取值设置等做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，驱动电机转子以转速ω₀转动；

步骤二，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第一校正量；

步骤三，驱动电机转子以转速-ω₀转动；

步骤四，利用电流调节器所生成的直轴电压指令计算转子磁极位置信息的第二校正量；

步骤五，利用第一校正量和第二校正量，对3-2变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准，其中3-2变换器使用的转子磁极位置信息的校准公式为：

其中，THI_后为校准后的3-2变换器使用的转子磁极位置信息，THI_前为校准前的3-2变换器使用的转子磁极位置信息，Δθ_inc为转子磁极位置信息的第一校正量，Δθ_dec为转子磁极位置信息的第二校正量；

步骤六，利用步骤五中校准的3-2变换器所使用的转子磁极位置信息、第一校正量和第二校正量，对2-3变换器所使用的转子磁极位置信息进行校准，其中2-3变换器使用的转子磁极位置信息的校准公式为：

其中，THO_后为校准后的2-3变换器使用的转子磁极位置信息，ω为永磁同步电机的转子当前转速。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，其特征在于，在步骤二中，对电流调节器生成的直轴电压指令进行一定增益的积分运算，将积分结果与3-2变换器使用的转子磁极位置信息求和后赋值给2-3变换器使用的转子磁极位置信息，当积分结果稳定后，该积分结果即为转子磁极位置信息的第一校正量，其中增益符号与转速ω₀相反。

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，其特征在于，在步骤四中，对电流调节器生成的直轴电压指令进行一定增益的积分运算，将积分结果与3-2变换器使用的转子磁极位置信息求和后赋值给2-3变换器使用的转子磁极位置信息，当积分结果稳定后，该积分结果即为转子磁极位置信息的第二校正量，其中增益符号与转速ω₀相同。

4.根据权利要求2或3所述的永磁同步电机转子磁极位置信息的校准方法，其特征在于，所述增益其中Ψ_f是永磁同步电机的转子永磁体磁链，ω为永磁同步电机的转子当前转速，ω_c是正常数。