CN107196572B - 一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，所述检测装置包括：上位机、实时仿真系统、控制系统；所述实时仿真系统与所述控制系统相连，用于根据所述永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数、所述控制系统产生的PWM脉冲波确定编码器脉冲信号；所述控制系统与所述实时仿真系统相连，用于采用择半查找算法，根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。本发明通过设置上位机、实时仿真系统、控制系统实现全闭环测试电路，采用择半查找算法能够有效、快速检测永磁同步电机转子初始位置，降低测试系统成本。

Description

一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法

技术领域

本发明涉及检测电机转子初始位置的技术领域，特别是涉及一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单，损耗小，重量轻，效率高，可靠性好等特点，常应用于电动汽车，航空航天等场合，在未知转子的初始位置的情况下，直接启动永磁同步电动机有可能出现所不期望的现象，所以为了更好地控制永磁同步电机，应该确定转子的初始位置后再启动。

对于永磁同步电机这样的大功率电力电子设备，直接在物理设备上做实验，有着很多不便之处。在设计早期阶段，虽然采用离线仿真能够完成设计和检测永磁同步电机初始角，但采用离线仿真不能实现全面闭环测试，成本高，系统开发周期长，因此，如何搭建有效、快速、成本低廉的基于永磁同步电机转子初始位置检测系统，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法，建立闭环测试电路，采用择半查找算法能够有效、快速检测永磁同步电机转子初始位置，降低测试系统成本。

为实现上述目的，本发明提供一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，所述检测装置包括：上位机、实时仿真系统、控制系统；

所述上位机与所述实时仿真系统相连，用于将设置的永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数发送至所述实时仿真系统；

所述实时仿真系统与所述控制系统相连，用于根据所述永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数、所述控制系统产生的PWM脉冲波确定编码器脉冲信号；

所述控制系统与所述实时仿真系统相连，用于根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定PWM脉冲波；还用于采用择半查找算法，根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度；

所述上位机与所述控制系统相连，用于接收并显示所述控制系统发送的所述永磁同步电机转子初始角度。

可选的，所述实时仿真系统包括：

脉冲计数电路，与所述控制系统相连，用于根据所述控制系统产生的PWM脉冲波确定占空比；

第一处理器，分别与所述上位机、所述脉冲计数电路相连，用于根据所述上位机发送的所述永磁同步电机的模型参数建立永磁同步电机模型，用于根据所述上位机发送的所述逆变器的模型参数建立逆变器模型；所述逆变器模型与所述永磁同步电机模型相相连；还用于根据所述脉冲计数电路发送的占空比控制所述逆变器模型，使所述永磁同步电机模型产生抖动，确定角位置抖动信号；

编码器电路，分别与所述第一处理器、所述控制系统相连，用于根据所述第一处理器发送的角位置抖动信号确定编码器脉冲信号，并将所述编码器脉冲信号发送至所述控制系统。

可选的，所述实时仿真系统还包括：

第一数据采集电路，分别与所述控制系统、脉冲计数电路、所述编码器电路相连，用于采集所述控制系统产生的PWM脉冲波，并将所述PWM脉冲波发送至所述脉冲计数电路；用于采集所述编码器电路产生的所述编码器脉冲信号，并将所述编码器脉冲信号发送至所述控制系统。

可选的，所述控制系统包括：

第二处理器，分别与所述上位机、所述实时仿真系统相连，用于根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定PWM脉冲信号；用于采用择半查找算法，根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度，并将所述永磁同步电机转子初始角度发送至所述上位机；

PWM发生器，分别与所述第二处理器、所述实时仿真系统相连，用于根据所述第二处理器发送的PWM脉冲信号确定PWM脉冲波，并将所述PWM脉冲波发送至所述实时仿真系统。

可选的，所述控制系统还包括：

第二数据采集电路，分别与所述实时仿真系统、第二处理器、PWM发生器相连，用于采集所述实时仿真系统产生的编码器脉冲信号，并将所述编码器脉冲信号送至第二处理器；还用于采集所述PWM发生器产生的PWM脉冲波，并将所述PWM脉冲波发送至所述实时仿真系统。

本发明还提供一种基于永磁同步电机转子初始位置检测方法，所述方法应用于根据权利要求1至权利要求5任一项所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，所述方法包括：

获取所述永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数；

根据所述永磁同步电机的模型参数建立永磁同步电机模型，根据所述逆变器的模型参数建立逆变器模型；

获取PWM脉冲波；

根据所述PWM脉冲波确定占空比；

根据所述占空比控制所述逆变器模型，使所述永磁同步电机模型产生抖动，获得角位置抖动信号；

根据所述角位置抖动信号确定编码器脉冲信号；

采用择半查找算法，根据编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。

可选的，所述获取PWM脉冲波，具体步骤包括：

获取编码器脉冲信号；

根据编码器脉冲信号，采用择半查找算法，确定PWM脉冲信号；

根据PWM脉冲信号确定PWM脉冲波。

可选的，采用择半查找算法，根据编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度，具体步骤包括：

根据编码器脉冲信号计算渐进式增加的电流矢量幅值；

采用择半查找算法，根据渐进式增加的电流矢量幅值和编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过设置上位机、实时仿真系统、控制系统实现全闭环测试电路，采用择半查找算法能够有效、快速检测永磁同步电机转子初始位置，降低测试系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于永磁同步电机转子初始位置检测装置结构图；

图2为本发明实施例基于永磁同步电机转子初始位置检测方法流程图；

图3为本发明实施例择半查找算法流程图。

图中，1、上位机，2、实时仿真系统，21、第一处理器，22、脉冲计数电路，23、编码电路，24、第一数据采集电路，3、控制系统，31、第二处理器，32、PWM发生器，33、第二数据采集电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置及方法，建立闭环测试电路，采用择半查找算法能够有效、快速检测永磁同步电机转子初始位置，降低测试系统成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例基于永磁同步电机转子初始位置检测装置结构图；如图1所示，本发明提供一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，所述检测装置包括：上位机1、实时仿真系统2、控制系统3。

所述上位机1与所述实时仿真系统2相连，用于将设置的永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数发送至所述实时仿真系统2。

所述控制系统3与所述实时仿真系统2相连，用于根据所述实时仿真系统2发送的编码器脉冲信号确定PWM脉冲波；还用于采用择半查找算法，根据所述实时仿真系统2发送的编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。

所述上位机1与所述控制系统3相连，用于接收并显示所述控制系统3发送的所述永磁同步电机转子初始角度。

所述实时仿真系统2包括：脉冲计数电路22、第一处理器21、编码器电路23、第一数据采集电路24。所述控制系统3包括：第二处理器31、PWM发生器32、第二数据采集电路33。本发明中的编码器电路23和脉冲计数电路22是由FPGA芯片搭建而成。本发明中的PWM发生器32也是由FPGA芯片搭建而成。

所述PWM发生器32与所述第二处理器31相连，用于根据所述第二处理器31发送的PWM脉冲信号确定PWM脉冲波。

所述第二数据采集电路33与所述PWM发生器32相连，用于接收所述PWM发生器发送的PWM脉冲波。

所述实时仿真系统2中的所述第一数据采集电路24与所述控制系统3中的所述第二数据采集电路33相连，用于接收所述第二数据采集电路33发送的PWM脉冲波。

所述脉冲计数电路22与所述第一数据采集电路24相连，用于根据所述第一数据采集电路24发送的PWM脉冲波确定占空比。

所述第一处理器21与所述上位机1相连，用于根据所述上位机1发送的所述永磁同步电机的模型参数建立永磁同步电机模型，用于根据所述上位机1发送的所述逆变器的模型参数建立逆变器模型；所述逆变器模型与所述永磁同步电机模型相相连；

所述第一处理器21还与所述脉冲计数电路22相连，用于根据所述脉冲计数电路22发送的占空比控制所述逆变器模型，使所述永磁同步电机模型产生抖动，确定角位置抖动信号。

所述编码器电路23与所述第一处理器21相连，用于根据所述第一处理器21发送的角位置抖动信号确定编码器脉冲信号。

所述第一数据采集电路24还与所述编码器电路23相连，用于采集所述编码器电路23产生的所述编码器脉冲信号。

所述控制系统3中的所述第二数据采集电路33与所述实时仿真系统2中的所述第一数据采集电路24相连，用于接收所述第一数据采集电路24发送的所述编码器脉冲信号。

所述第二处理器31与所述第二数据采集电路33相连，用于采用择半查找算法，根据所述第二数据采集电路33发送的所述编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度；还用于根据所述第二数据采集电路33发送的编码器脉冲信号确定PWM脉冲信号。

所述上位机1与所述第二处理器31相连，用于接收和显示所述第二处理器31发送的所述永磁同步电机转子初始角度。

图2为本发明实施例基于永磁同步电机转子初始位置检测方法流程图，如图2所示，本发明还提供一种基于永磁同步电机转子初始位置检测方法，所述方法包括：

步骤201：获取所述永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数。

步骤202：根据所述永磁同步电机的模型参数建立永磁同步电机模型，根据所述逆变器的模型参数建立逆变器模型。

步骤203：获取PWM脉冲波。具体步骤包括：

步骤2031：获取编码器脉冲信号；

步骤2032：根据编码器脉冲信号，采用择半查找算法，确定PWM脉冲信号；

步骤2033：根据PWM脉冲信号确定PWM脉冲波。

步骤204：根据所述PWM脉冲波确定占空比。

步骤205：根据所述占空比控制所述逆变器模型，使所述永磁同步电机模型产生抖动，获得角位置抖动信号。

步骤206：根据所述角位置抖动信号确定编码器脉冲信号。

步骤207：采用择半查找算法，根据编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。具体步骤为：

步骤2071：根据编码器脉冲信号计算渐进式增加的电流矢量幅值；

步骤2072：采用择半查找算法，根据渐进式增加的电流矢量幅值和编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。

图3为本发明实施例择半查找算法流程图；如图3所示，择半查找算法的具体步骤为：

(1)上电后会产生方向为与A轴方向夹角为0度的电流矢量，一旦检测到转子有抖动，就立即使作用的电流矢量为零.

(2)此时判断转子抖动方向；如果转子是顺时针抖动，则转子落在-180到0度之间；否则转子落在0到180度之间。

(3)当转子落在0到180度之间时，则上电后再产生1个与A轴夹角是90度方向的电流矢量；转子落在0到-180度之间时，则上电后产生1个与A轴夹角为-90度的电流矢量。此时,检测到转子有微动，就立即使作用的电流矢量为零。

(4)当与A轴夹角是90度的电流矢量作用后，判断转子微动方向是否为顺时针微动；如果转子顺时针微动，则转子落在0到90度之间；否则转子落在90到180度之间；当与A轴夹角是-90度的电流矢量作用后，判断转子微动方向是否为顺时针微动，如果转子顺时针微动，则转子落在-90到-180度之间，否则转子落在-90到0度之间。

(4)下面的操作类推，每次区间减少二分之一，直到加入的电流矢量使永磁同步电机不再抖动，此时的转子角度的大小就是实际的永磁同步电机转子的位置角。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：上位机、实时仿真系统、控制系统；

所述上位机与所述实时仿真系统相连，用于将设置的永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数发送至所述实时仿真系统；

所述实时仿真系统与所述控制系统相连，用于根据所述永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数、所述控制系统产生的PWM脉冲波确定编码器脉冲信号；

所述控制系统与所述实时仿真系统相连，用于根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定PWM脉冲波；还用于采用择半查找算法，根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度，具体为：先根据编码器脉冲信号计算渐进式增加的电流矢量幅值；然后采用择半查找算法，根据渐进式增加的电流矢量幅值和编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度；

所述上位机与所述控制系统相连，用于接收并显示所述控制系统发送的所述永磁同步电机转子初始角度；

所述实时仿真系统包括：

脉冲计数电路，与所述控制系统相连，用于根据所述控制系统产生的PWM脉冲波确定占空比；

第一处理器，分别与所述上位机、所述脉冲计数电路相连，用于根据所述上位机发送的所述永磁同步电机的模型参数建立永磁同步电机模型，用于根据所述上位机发送的所述逆变器的模型参数建立逆变器模型；所述逆变器模型与所述永磁同步电机模型相相连；还用于根据所述脉冲计数电路发送的占空比控制所述逆变器模型，使所述永磁同步电机模型产生抖动，确定角位置抖动信号；

编码器电路，分别与所述第一处理器、所述控制系统相连，用于根据所述第一处理器发送的角位置抖动信号确定编码器脉冲信号，并将所述编码器脉冲信号发送至所述控制系统。

2.根据权利要求1所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，其特征在于，所述实时仿真系统还包括：

第一数据采集电路，分别与所述控制系统、脉冲计数电路、所述编码器电路相连，用于采集所述控制系统产生的PWM脉冲波，并将所述PWM脉冲波发送至所述脉冲计数电路；用于采集所述编码器电路产生的所述编码器脉冲信号，并将所述编码器脉冲信号发送至所述控制系统。

3.根据权利要求1所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，其特征在于，所述控制系统包括：

第二处理器，分别与所述上位机、所述实时仿真系统相连，用于根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定PWM脉冲信号；用于采用择半查找算法，根据所述实时仿真系统发送的编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度，并将所述永磁同步电机转子初始角度发送至所述上位机；

PWM发生器，分别与所述第二处理器、所述实时仿真系统相连，用于根据所述第二处理器发送的PWM脉冲信号确定PWM脉冲波，并将所述PWM脉冲波发送至所述实时仿真系统。

4.根据权利要求3所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，其特征在于，所述控制系统还包括：

第二数据采集电路，分别与所述实时仿真系统、第二处理器、PWM发生器相连，用于采集所述实时仿真系统产生的编码器脉冲信号，并将所述编码器脉冲信号送至第二处理器；还用于采集所述PWM发生器产生的PWM脉冲波，并将所述PWM脉冲波发送至所述实时仿真系统。

5.一种基于永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，所述方法应用于根据权利要求1至权利要求4任一项所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测装置，所述方法包括：

获取所述永磁同步电机的模型参数、逆变器的模型参数；

根据所述永磁同步电机的模型参数建立永磁同步电机模型，根据所述逆变器的模型参数建立逆变器模型；

获取PWM脉冲波；

根据所述PWM脉冲波确定占空比；

根据所述占空比控制所述逆变器模型，使所述永磁同步电机模型产生抖动，获得角位置抖动信号；

根据所述角位置抖动信号确定编码器脉冲信号；

采用择半查找算法，根据编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。

6.根据权利要求5所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，所述获取PWM脉冲波，具体步骤包括：

获取编码器脉冲信号；

根据编码器脉冲信号，采用择半查找算法，确定PWM脉冲信号；

根据PWM脉冲信号确定PWM脉冲波。

7.根据权利要求5所述的基于永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于，采用择半查找算法，根据编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度，具体步骤包括：

根据编码器脉冲信号计算渐进式增加的电流矢量幅值；

采用择半查找算法，根据渐进式增加的电流矢量幅值和编码器脉冲信号确定所述永磁同步电机转子初始角度。