CN107294459B - 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，通过判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值，与电压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。

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。

一方面，本发明提供了一种永磁同步电机转子初始角度修正方法，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相反电动势曲线；

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；

根据空载相反电动势曲线，获得目标转速下的理论空载相反电动势峰值；

通过原动机控制永磁电机以目标转速运转，并根据两相旋转坐标系，控制电机控制器给定交轴电流和直轴电流均为0；

确定目标转速下的电压控制误差；

判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；

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；

重新判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；

如果否，则终止修正。

作为优选，所述对初始角度进行补偿，具体包括如下步骤：

判断对初始角度进行补偿的次数是否为首次；

若为首次，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；

若非首次，则判断当前交轴电压分量是否大于初始交轴电压分量；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；

如果否，则使初始角度与设定的补偿值做加法运算。

作为优选，所述补偿值通过如下公式获得：

theta_delta＝0.1×0.02×theta_init

其中，theta_delta为补偿值，theta_init为初始角度。

作为优选，所述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。

作为优选，根据空载相反电动势曲线，获得目标转速下的理论空载相反电动势峰值，具体包括如下步骤：

根据直流侧电压，获得最大转速下的空载相反电动势峰值；

根据空载相反电动势曲线，在空载相反电动势曲线上获取与最大转速下的空载相反电动势峰值对应的最大转速；

根据最大转速，并预留电压余量，获得目标转速；

根据空载相反电动势曲线，在空载相反电动势曲线上获取与目标转速对应的理论空载相反电动势峰值。

作为优选，目标转速下的电压控制误差具体通过如下公式获得：

err＝0.02×Udc

其中，err为电压控制误差，Udc为直流侧电压。

另一方面，本发明还提供一种修正系统，用于实施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模块，用于修正转子的初始角度。

作为优选，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。

作为优选，所述初始角度修正模块包括理论空载相反电动势峰值计算模块、电压控制误差计算模块、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，通过判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值，与电压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

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为本发明又一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。

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。

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相反电动势曲线。

具体地，使被测永磁电机与电机控制器逆变模块三相接线断开，并通过原动机拖动永磁电机空载运转。即按照一定转速步长n_step(步长确定原则保证至少10个转速点)控制原动机转速，被测永磁电机空载被拖，测量各转速下被测永磁电机的空载线反电动势峰值，进而通过换算公式 换算得到各转速下被测永磁电机的空载相反电动势峰值，并拟合成空载损耗曲线(其中，横轴为转速，纵轴为Up)，其中，Up为空载相(相电压)反电动势峰值，Ul为空载线(电压)反电动势峰值，转速步长n_step＝int{n_max/10}，n_max为被测永磁电机的峰值转速。

需要说明的是，可以通过原动机转速控制模块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，使被测永磁电机与电机控制器逆变模块三相接线连接，断开原动机，电机控制器仅对被测永磁电机进行直轴(d轴)磁场电流控制，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)，d轴电流id用来削弱永磁磁场，交轴(q轴)电流iq用来提供扭矩输出，给定直轴(d轴)输入设定的电流值id*＝A0(A0可取电机额定电流的0.2～0.4倍)，转子角度theta＝0，以获得永磁电机较佳的运转状态，待永磁电机停止转动之后，通过电机位置检测模块输出转子位置数据，读取电机位置检测模块的输出并计算可得转子初始角度theta_init。

步骤S300、根据空载相反电动势曲线，获得目标转速下的理论空载相反电动势峰值。

具体地包括如下步骤：

步骤S310、检测永磁电机的直流侧电压Udc，根据直流侧电压，并通过公式获得最大转速下的空载相反电动势峰值，其中，Udc为直流侧电压，Up(n_ref_max)为最大转速下的空载相反电动势峰值；

步骤S320、根据空载相反电动势曲线，在空载相反电动势曲线上找到Up(n_ref_max)，其对应一个转速值，即为需要获取的与最大转速下的空载相反电动势峰值Up(n_ref_max)对应的最大转速n_ref_max；

步骤S330、为防止最大转速太大而导致电压不够用，因此需要考虑预留一定的电压余量，根据最大转速n_ref_max，获得目标转速n_ref，一般可取n_ref＝n_ref_max×0.8；

步骤S340、根据空载相反电动势曲线，在空载相反电动势曲线上获取与目标转速n_ref对应的Up(n_ref)，即本发明需要的理论空载相反电动势峰值。

步骤S400、通过原动机控制永磁电机以目标转速运转，并根据两相旋转坐标系，控制电机控制器给定交轴电流和直轴电流均为0；

具体地，由原动机转速控制模块控制原动机在目标转速n_ref下运行，将被测永磁电机与原动机连接，使被测永磁电机随着原动机以目标转速旋转，同时电机控制器给定直轴(d轴)电流id*＝0，交轴(q轴)电流iq*＝0，即电机控制器对被测永磁电机不加控制干涉，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S500、确定目标转速下的电压控制误差；目标转速下的电压控制误差具体通过如下公式获得：err＝0.02×Udc，其中，err为电压控制误差，Udc为直流侧电压(可直接测出)，当然，本领域技术人员可知，电压控制误差完全可以通过技术人员的经验人为确定，也可通过电机的控制精度需求得到，一般取直流侧电压的百分之四以下。

步骤S600、判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；本发明实施例中，利用如下公式进行说明：

Up(n_ref)-Uq_new>err

其中，Up(n_ref)为理论空载相反电动势峰值，Uq_new为当前交轴电压分量，err为电压控制误差；

如图2所示，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；并使Uq_old＝Uq_new，其中，Uq_new指代当前交轴电压分量，Uq_old指代初始交轴电压分量，初始交轴电压分量是相对当前交轴电压分量而言的，即相对于当前交轴电压分量的上一次备份的交轴电压分量，当本次角度修正完成后，本次修正中的当前交轴电压分量Uq_new即成为下一次角度修正中新的初始交轴电压分量Uq_old；

重新判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差，即重新执行步骤S600。

具体地，对初始角度进行补偿，具体包括如下步骤：

步骤S710、判断对初始角度进行补偿的次数是否为首次；可通过计数器的记录进行判断，即当前状态下已经通过初始角度修正模块对初始角度进行修正并输出初始角度修正值的次数，判断该次数是否为1；

步骤S720、若为首次，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；即令△theta_init＝△theta_init_old-theta_delta，以获得当前初始角度修正值。其中，△theta_init为当前初始角度修正值，△theta_init_old为上一次的初始角度修正值，其在最初始时的值为0，即本发明实施例中所指的初始角度，该初始角度是相对于当前状态的角度而言的，而在下一次进行角度补偿时，当前初始角度修正值△theta_init即成为下一次角度补偿中的初始角度△theta_init_old，以此类推；theta_delta为每次调整的角度步长，即本发明实施例所指的补偿值，其越小越准确，可取theta_delta＝0.1×0.02×theta_init，theta_init为初始角度。

步骤S730、若非首次，则判断当前交轴电压分量是否大于初始交轴电压分量；初始交轴电压分量是相对当前交轴电压分量而言的，即相对于当前交轴电压分量的上一次备份的交轴电压分量，其中，Uq_new指代当前交轴电压分量，Uq_old指代初始交轴电压分量；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；即如果Uq_new>Uq_old，则判断转子角度估算值theta滞后转子角度实际值，令当前初始角度修正值△theta_init＝△theta_init_old-theta_delta，以获得当前初始角度修正值。

如果否，则使初始角度与设定的补偿值做加法运算，即如果Uq_new<Uq_old，判断转子角度估算值theta超前转子角度实际值，令△theta_init＝△theta_init_old+theta_delta，以获得当前初始角度修正值。

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：

(theta_init)_m＝(theta_init)_m-1±theta_delta(m＝2,3,4…)

其中，(theta_init)_m为当前初始角度修正值，(theta_init)_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Up(n_ref)-Uq_new>err时，则使(theta_init)₂＝(theta_init)₁±theta_delta，并进一步地，在初始角度为(theta_init)₂的基础上，并重新判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；

如果判断仍为Up(n_ref)-Uq_new>err，则使(theta_init)₃＝(theta_init)₂±theta_delta，并进一步地，在初始角度为(theta_init)₃的基础上，重新判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；并以此类推，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Up(n_ref)-Uq_new≤err时，则执行步骤S800，说明初始角度合格，即△theta_init＝△theta_init_old。

作为优选，依据电机位置检测模块输出的转子初始角度和初始角度修正模块输出的当前初始角度修正值△theta_init，计算被测永磁电机的转子角度，进一步控制被测永磁电机空载运行，直到初始角度修正模块停止修正(说明初始角度已经修正完毕)。

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模块，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，初始角度修正模块包括理论空载相反电动势峰值计算模块、电压控制误差计算模块、判断模块和角度修正模块。

可以理解的是，理论空载相反电动势峰值计算模块用于输出理论空载相反电动势峰值，电压控制误差计算模块用于输出电压控制误差，判断模块用于判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差，角度修正模块用于输出修正后的初始角度。

作为优选，依据电机位置检测模块输出的转子初始角度和初始角度修正模块输出的当前初始角度修正值△theta_init，计算被测永磁电机的转子角度，进一步控制被测永磁电机空载运行，直到初始角度修正模块停止修正(说明初始角度已经修正完毕)。

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，通过判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值，与电压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 (8)

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相反电动势曲线；

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；

根据空载相反电动势曲线，获得目标转速下的理论空载相反电动势峰值；

通过原动机控制永磁电机以目标转速运转，并根据两相旋转坐标系，控制电机控制器给定交轴电流和直轴电流均为0；

确定目标转速下的电压控制误差；

判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；

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；

重新判断理论空载相反电动势峰值与当前交轴电压分量的差值是否大于电压控制误差；

如果否，则终止修正；

根据空载相反电动势曲线，获得目标转速下的理论空载相反电动势峰值，具体包括如下步骤：

根据直流侧电压，获得最大转速下的空载相反电动势峰值；

根据空载相反电动势曲线，在空载相反电动势曲线上获取与最大转速下的空载相反电动势峰值对应的最大转速；

根据最大转速，并预留电压余量，获得目标转速；

根据空载相反电动势曲线，在空载相反电动势曲线上获取与目标转速对应的理论空载相反电动势峰值。

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，所述对初始角度进行补偿，具体包括如下步骤：

判断对初始角度进行补偿的次数是否为首次；

若为首次，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；

若非首次，则判断当前交轴电压分量是否大于初始交轴电压分量；

如果是，则使初始角度与设定的补偿值做减法运算；

如果否，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：

theta_delta＝0.1×0.02×theta_init

其中，theta_delta为补偿值，theta_init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，所述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，目标转速下的电压控制误差具体通过如下公式获得：

err＝0.02×Udc

其中，err为电压控制误差，Udc为直流侧电压。

6.一种修正系统，其特征在于，用于实施权利要求1-5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模块，用于修正转子的初始角度。

7.根据权利要求6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。

8.根据权利要求7所述的修正系统，其特征在于，所述初始角度修正模块包括理论空载相反电动势峰值计算模块、电压控制误差计算模块、判断模块和角度修正模块。