CN108199636A - 一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法，属于电机控制技术领域。它是基于矢量控制的给定电压控制算法，计算出把电机转子推向零点的数值，通过控制电机使转子自动转到零点，当电机正常旋转时，采样的增量编码器的值就即为实际的电机旋转角度值。

Description

一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，尤其是一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法。
背景技术
永磁同步电机在启动的时候，为了保证最大的转矩力矩，需要对电机转子的初始角度定位，常用的方法是在电机转轴上安装机械传感器，但是这种方式不仅增加了成本，给电机的使用带来了麻烦，而且传感器的安装也会受到使用环境的影响，比如温度、湿度、系统的振动等。
对基于矢量控制算法的永磁同步电机进行控制时，驱动器为了有效地控制定子磁场矢量，需要对转子位置进行精确测量。一般的做法是：在电机转子上安装增量式编码器，驱动器接收编码器脉冲值来确定转子位置的变化，从而计算出准确的矢量值。但是利用该方法需要驱动器事先得到电机转子的初始位置，其次才能根据编码器的脉冲值来确定转子旋转的方向角度。而对于增量编码器而言，系统首次上电的时候，往往是得不到电机转子的绝对位置的。因此电机的初始角度的获取便显得尤为重要。
发明内容
为解决传统的通过把电机旋转到增量编码器的过零点的方法，需要采样增量编码器的Z信号，还需要观测电机旋转的反电动势，通过计算反电动势与过零点的角度差，在最后增量编码器的采集后，还需要和这个角度差做运算才能得到正确的位置信号的缺陷，本发明提供一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法，该方法基于矢量控制的给定电压控制算法，计算出把电机转子推向零点的数值，通过电机驱动器控制电机，使转子自动转到零点，当电机正常旋转的时候，采样得到的增量编码的值就是实际的电机旋转角度值。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法，它包括以下步骤：
步骤一，先给定任意一个与目标矢量方向非平行的矢量，矢量大小根据电机负载决定，选择一个较小的矢量电压值Us,计算此时对应的三相PWM占空比值，并且控制三相逆变器，输出控制电压，控制电机缓慢的旋转直到停止不动，此位置即为给定的任意一个矢量方向的位置；
步骤二，给定0°矢量，采用步骤一的电压值Us，计算三相PWM占空比值，并且控制三相逆变器，输出控制电压，控制电机缓慢的旋转直到停止不动，此位置即为电机0°电角度位置；
步骤三，电机由此位置开始正常旋转，采样的增量编码器的值即为对应的电角度值。
进一步地，步骤三中采样的增量编码器的值设置成带有符号数的数据格式。
进一步地，采样的增量编码器的值的正负对应电机的正反转。
有益效果：
1.电机旋转的起点就是真正的0°位置点，计算简单。
2.不需要观测电机的反电动势波形，操作简化。
3.不需要采样增量编码器的Z信号，电机过零点信号不会清零，因此可以把增量编码器的值当做电机的位置值，在一些简单的应用场合，可以省去再增加位置传感器的设计。
附图说明
图1为本发明的电压空间矢量分布图；
图2为本发明的控制框图；
图3为本发明的三相逆变器-永磁同步电机调速系统电路原理图；
图4为本发明一实施例的实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、2、3所示，基于矢量控制策略的永磁同步电机，是以磁场为导向，通过控制合成电压矢量Us来指定磁场方向和大小，不断变化合成电压矢量的大小和方向，就可以控制输出给电机的力和方向；因此，建立在矢量控制的基础上，在电机上电以后，给定合成电压矢量的方向是0°，合成电压矢量Us大小可以通过实验确定下来，在不同的负载条件下，需要不同大小的值。同时，合成电压矢量的形成，需要借助于SVPWM来控制实现。根据给定的合成电压矢量方向以及大小，通过计算，就可以计算出三相电压的占空比，形成给定的矢量方向和大小。同时，为了避免出现转子在上电时刻处于目标给定电压矢量的平行反方向，导致给定目标电压矢量无法拖动电机转子而无法到达目标位置的情况发生，需要在电机给定目标电压矢量之前，先给定任意一个与目标矢量方向非平行的电压矢量，使得在给定目标电压矢量时，电机一定可以旋转起来，转到目标位置。
如图3所示，逆变器三相桥臂共有6个开关管，定义上桥臂导通为1，下桥臂导通为0，Ua、Ub、Uc全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量001、010、011、100、101、110和两个零矢量000、111。
如图1所示，把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量划分为6个区域，称为扇区，每个扇区对应的时间均为π/3。非零矢量的幅值相同，相邻的矢量间隔为60°，而两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区的任意电压矢量，即：
Us*T＝Ux*Tx+Uy*Ty+U0*T0
其中，Us为合成电压矢量，T为采样周期，Tx、Ty、T0分别对应两个非零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量U0在一个采样周期内的作用时间。
如图2、4所示，本实施例的具体步骤如下：
步骤一，连接好电源、增量编码器、驱动电机，上电；
步骤二，先给定270°矢量，矢量大小根据电机负载决定，选择一个较小的矢量电压值Us,计算此时对应的三相PWM占空比值，并且控制三相逆变器，输出控制电压，控制电机缓慢的旋转直到停止不动，此位置即为矢量方向为270°的位置；
步骤三，给定0°矢量，采用步骤二的电压值Us，计算三相PWM占空比值，并且控制三相逆变器，输出控制电压，控制电机缓慢的旋转直到停止不动，此位置即为电机0°电角度位置；
步骤四，此时的增量编码器值为0，电机由此位置开始正常旋转，采样的增量编码器的值即为对应的电角度值；同时将采样的增量编码器的值设置成带有符号数的数据格式，其值的正负就对应电机的正反转。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一，先给定任意一个与目标矢量方向非平行的矢量，矢量大小根据电机负载决定，选择一个较小的矢量电压值Us,计算此时对应的三相PWM占空比值，并且控制三相逆变器，输出控制电压，控制电机缓慢的旋转直到停止不动，此位置即为给定的任意一个矢量方向的位置；
步骤二，给定0°矢量，采用步骤一的电压值Us，计算三相PWM占空比值，并且控制三相逆变器，输出控制电压，控制电机缓慢的旋转直到停止不动，此位置即为电机0°电角度位置；
步骤三，电机由此位置开始正常旋转，采样的增量编码器的值即为对应的电角度值。
2.根据权利要求1所述的基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法，其特征在于：所述步骤三中采样的增量编码器的值设置成带有符号数的数据格式。
3.根据权利要求2所述的基于矢量控制策略的电机初始角度定位方法，其特征在于：所述采样的增量编码器的值的正负对应电机的正反转。
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