CN109217758A - 旋变零点在线辨识方法、电机控制器及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种旋变零点在线辨识方法、电机控制器及存储介质，所述方法包括：检测永磁同步电机的当前状态；在所述永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线辨识条件时，将输出到所述永磁同步电机的需求转矩调整为零，并获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量；根据所述d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点的偏差角。本发明通过在永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线识别条件时，使永磁同步电机的需求转矩降为零并根据此时的d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点，可快速准确地实现旋变零点的在线辨识。

Description

旋变零点在线辨识方法、电机控制器及存储介质
技术领域
本发明涉及永磁同步电机领域，更具体地说，涉及一种旋变零点在线辨识方法、电机控制器及存储介质。
背景技术
目前，主要通过矢量控制和直接转矩控制实现对交流电机的运行控制，其中矢量控制相比于直接转矩控制，其控制性能更高，因此目前得到大量的应用。
矢量控制的核心是对电机的电流进行解耦，而电机解耦的准确性主要依靠对电机转子位置获取。为获取电机转子位置，目前电机大都配备位置传感器，如ABZ编码器、旋转变压器(下简称旋变)等。ABZ编码器和旋变虽然都能获得电机转子的绝对位置，但是当电机转子的d轴方向和电机的A相绕组轴线方向重合时，ABZ编码器或旋变的反馈值不确定，该值称为旋变零点。
针对永磁同步电机，旋变校零主要存在以下三种方案：
(1)通过向电机注入两相电流或者注入固定位置方向的电流，使电机转子旋转到固定位置，再经过计算获得旋变零点。该方法主要用于电机厂家安装旋变位置，精度较差，且只适合离线操作。
(2)在电机运行至额定转速附近，关闭电机控制器，此时通过对电机三相绕组的电压检测，包括对电压极值和过零点时的旋变值进行读取，以此获得旋变零点，该方法需要额外的电压检测电路，且若通过电压极值进行检测，在电压极值点电压变化较小时，电压极值点难以获取，从而精度有所影响；若采用电压过零点，则电压检测电路的零漂会导致过零点不准，精度也有所影响。
(3)在电机运行至额定频率附近时，通过对电机零转矩控制，若电机旋变零点准确，则根据电压方程可知此时Ud＝0。通过不断的更改旋变零点保证Ud＝0，从而实现电机校零。但该方法需要多次测试，慢慢找寻旋变为0的点，检测时间较长，需要零转矩时间长，仅适合离线校正。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述旋变零点识别无法兼顾精度和检测时间的问题，提供一种旋变零点在线辨识方法、电机控制器及存储介质。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种旋变零点在线辨识方法，包括：
检测永磁同步电机的当前状态；
在所述永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线辨识条件时，将输出到所述永磁同步电机的需求转矩调整为零，并获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量；
根据所述d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点的偏差角。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述永磁同步电机的当前状态包括：所述永磁同步电机当前时刻的需求转矩、下一时刻的需求转矩以及所述永磁同步电机的当前转速。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述在线辨识条件包括：所述永磁同步电机的需求转矩突变，且所述永磁同步电机的转速不超过预设转速；所述需求转矩突变为：所述永磁同步电机当前时刻的需求转矩为正且下一时刻的需求转矩为负，或者所述永磁同步电机当前时刻的需求转矩为负且下一时刻的需求转矩为正。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述预设转速小于当前电压下的弱磁转速。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量通过采样所述永磁同步电机的输入电压获得；或者所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量从电流调节器的输出端获得。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量，具体包括：
将所述永磁同步电机的需求转矩为零状态持续第一预设时间，并在所述第一预设时间内获取多个d轴电压分量取样值以及多个q轴电压分量取样值，所述d轴电压分量为所述多个d轴电压分量取样值的平均值或累加值，所述q轴电压分量为所述多个q轴电压分量取样值的平均值或累加值。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述将输出到所述永磁同步电机的需求转矩调整为零之后，所述获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量之前，还包括：
将所述永磁同步电机的需求转矩为零状态持续第二预设时间。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述旋变零点的偏差角通过以下方式确定：
θ为旋变零点的偏差角，Ud为d轴电压分量，Uq为q轴电压分量。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述检测永磁同步电机的当前状态之前，还包括：确定当前时间达到所述旋变零点的在线识别周期对应的时间。
在本发明所述的旋变零点在线辨识方法中，所述获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量之后，还包括：将所述永磁同步电机的需求转矩恢复为指令值。
本发明还提供一种电机控制器，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述方法的步骤。
本发明的永磁同步电机旋变零点在线辨识方法、电机控制器及存储介质，通过在永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线识别条件时，使永磁同步电机的需求转矩降为零并根据此时的d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点，可快速准确地实现旋变零点的在线辨识。
通过本发明，可以实时校正旋变零点，提高了电机控制器的性能和转矩转速精度，同时可降低永磁同步电机厂家对旋变一致性的要求。
附图说明
图1是本发明旋变零点在线辨识方法实施例的流程示意图；
图2是本发明旋变零点在线辨识方法中获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量实施例的流程示意图；
图3是本发明电机控制器实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，是本发明旋变零点在线辨识方法实施例的示意图，该方法可应用于电机控制器，在线确认永磁同步电机的实时旋变零点，提高永磁同步电机的控制精度。本实施例的旋变零点在线辨识方法包括：
步骤S11：检测处于运行过程中的永磁同步电机的当前状态。
该步骤中检测的当前状态具体可包括：永磁同步电机的当前时刻的需求转矩、下一时刻的需求转矩以及永磁同步电机的当前转速等。当然，在实际应用中，还可增加其他状态检测。
步骤S12：判断永磁同步电机的当前状态是否满足旋变零点在线辨识条件，并在永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线辨识条件时执行步骤S13，否则返回步骤S11继续检测永磁同步电机的当前状态。
上述在线辨识条件具体可包括永磁同步电机的需求转矩存在突变以及永磁同步电机的转速不超过预设转速等，此时需上述辨识条件同时满足，才执行步骤S13，否则返回步骤S11。上述需求转矩突变具体指：永磁同步电机当前时刻的需求转矩为正且下一时刻的需求转矩为负(即需求转矩由正变负)，或者永磁同步电机当前时刻的需求转矩为负且下一时刻的需求转矩为正(即需求转矩由负变正)。
特别地，上述在线辨识条件中的预设转速可以为当前电压下的弱磁转速(即永磁同步电机中不存在弱磁电流)。上述弱磁转速可根据当前直流母线电压和永磁同步电机反电动势计算获得。
步骤S13：将输出到永磁同步电机的需求转矩调整为零，并获取永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量。该步骤使得永磁同步电机产生一个中断，在该中断过程中，将输出到永磁同步电机的需求转矩由原指令值替换为零。
在该步骤中，可通过调整电流调节器的电流给定来调整永磁同步电机的需求转矩，例如直接使电流调节器的q轴电流分量和d轴电流分量给定为零。
上述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量可通过采样永磁同步电机的输入电压(即电机控制器的输出电压)获得，该方式取得的d轴电压分量和q轴电压分量虽然较为精确，但需额外的电压采样电路。
此外，也可从电机控制器的电流调节器的输出端获得永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量。该方式获得的d轴电压分量和q轴电压分量虽然存在一些误差，但该误差对检测结果影响不大，且省去了电压采样电路。
在获取永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量之后，可恢复永磁同步电机的需求转矩为指令值，即永磁同步电机退出在线辨识中断状态，继续执行原操作，从而永磁同步电机恢复原运行状态。
步骤S14：根据上述d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点的偏差角。
由于在永磁同步电机旋变零点不准时，永磁同步电机的电压满足以下计算式(1)、(2)：
其中Ud为永磁同步电机输入电压的d轴分量，Uq为永磁同步电机输入电压的q轴分量，Id为永磁同步电机输入电流的d轴分量，Iq为永磁同步电机输入电流的q轴分量，R为永磁同步电机定子绕组电阻，Ld为直轴电感，ω为转子角速度，Lq为交轴电感，ψf为永磁体磁链，θ为旋变零点的偏差角。
当Id和Iq为零时，考虑稳态情况下，可将计算式(1)转换为以下计算式(3)、将计算式(2)转换为以下计算式(4)：
Ud＝ωψfsinθ (3)
Uq＝ωψfcosθ (4)
将计算式(3)和计算式(4)进行对比即可得到旋变零点的偏差角的计算式(5)；
上述永磁同步电机旋变零点在线辨识方法通过在永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线识别条件时，将永磁同步电机的需求转矩降为零并根据此时的d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点，可快速准确地实现旋变零点的在线辨识。
为提高辨识的准确性，如图2所示，在获取永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量时，可包括以下步骤：
步骤S131：将输出到永磁同步电机的需求转矩调整为零，也就是使电流调节器(电流环)的q轴电流分量Iq和d轴电流分量Id给定为零。
步骤S132：将永磁同步电机的需求转矩为零状态持续第二预设时间。该第二预设时间可根据需要设置，例如可以为50ms。该第二预设时间内，不获取相关数据，从而可以防止电流滤波和电压滤波对计算结果的影响。
步骤S133：将永磁同步电机的需求转矩为零状态保持第一预设时间，并在该第一预设时间内获取多个d轴电压分量取样值以及多个q轴电压分量取样值。该第一预设时间可根据需要设置，例如可以为200ms。
在该步骤中，需同时检测永磁同步电机的当前状态，一旦永磁同步电机的当前状态不满足在线辨识条件，例如永磁同步电机的转速小于当前电压下的弱磁转速、q轴电流分量Iq或d轴电流分量Id不为零，则退出在线辨识，并记录辨识错误信息。
步骤S134：计算多个d轴电压分量取样值的平均值或累加值并将上述平均值或累加值作为永磁同步电机的d轴电压分量，以及计算多个q轴电压分量取样值的平均值或累加值并将上述平均值或累加值作为永磁同步电机的q轴电压分量。当将多个d轴电压分量取样值的累加值作为永磁同步电机的d轴电压分量、将多个q轴电压分量取样值的累加值作为永磁同步电机的q轴电压分量时，d轴电压分量取样值的数量与q轴电压分量取样值的数量相同。
在上述的永磁同步电机旋变零点在线辨识方法中，在步骤S11之前还可包括：设定旋变零点在线识别周期(可根据需要设定，例如可以为30天)。相应地，在线辨识条件还可包括：当前时间达到旋变零点在线识别周期对应的时间，即在当前时间达到旋变零点在线识别周期对应的时间并同时满足其他在线辨识条件时，执行步骤S13。而在当前时间达到旋变零点在线识别周期，但其他在线辨识条件不满足时，则生成辨识失败记录。
通过该方式，可实现永磁同步电机旋变零点的定期校正，从而解决因永磁同步电机因安装问题以及运行过程而导致的旋变零点出现偏差的问题，提高永磁同步电机的控制精度。
如图3所示，本发明还提供一种电机控制器，该电机控制器可应用于永磁同步电机驱动控制，且该电机控制器包括存储器31和处理器32，并且存储器31中存储有可在处理器32上运行的计算机程序，处理器32执行计算机程序时实现如上所述方法的步骤。本实施例中的电机控制器与上述图1、2对应实施例中的永磁同步电机旋变零点在线辨识方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述方法的步骤。上述存储介质与上述图1、2对应实施例中的永磁同步电机旋变零点在线辨识方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本实施例中均对应适用，这里不再赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种旋变零点在线辨识方法，其特征在于，包括：
检测永磁同步电机的当前状态；
在所述永磁同步电机的当前状态满足旋变零点在线辨识条件时，将输出到所述永磁同步电机的需求转矩调整为零，并获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量；
根据所述d轴电压分量和q轴电压分量获得旋变零点的偏差角。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机旋变零点在线辨识方法，所述永磁同步电机的当前状态包括：所述永磁同步电机当前时刻的需求转矩、下一时刻的需求转矩以及所述永磁同步电机的当前转速。
3.根据权利要求2所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述在线辨识条件包括：所述永磁同步电机的需求转矩突变，且所述永磁同步电机的当前转速不超过预设转速；所述需求转矩突变为：所述永磁同步电机当前时刻的需求转矩为正且下一时刻的需求转矩为负，或者所述永磁同步电机当前时刻的需求转矩为负且下一时刻的需求转矩为正。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述预设转速小于当前电压下的弱磁转速。
5.根据权利要求1所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量通过采样所述永磁同步电机的输入电压获得；或者所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量从电流调节器的输出端获得。
6.根据权利要求1所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量，具体包括：
将所述永磁同步电机的需求转矩为零状态持续第一预设时间，并在所述第一预设时间内获取多个d轴电压分量取样值以及多个q轴电压分量取样值，所述d轴电压分量为所述多个d轴电压分量取样值的平均值或累加值，所述q轴电压分量为所述多个q轴电压分量取样值的平均值或累加值。
7.根据权利要求6所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述将输出到所述永磁同步电机的需求转矩调整为零之后，所述获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量之前，还包括：
将所述永磁同步电机的需求转矩为零状态持续第二预设时间。
8.根据权利要求1所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述旋变零点的偏差角通过以下方式确定：
θ为旋变零点的偏差角，Ud为d轴电压分量，Uq为q轴电压分量。
9.根据权利要求1所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述检测永磁同步电机的当前状态之前，还包括：
确定当前时间达到所述旋变零点的在线识别周期对应的时间。
10.根据权利要求1所述的旋变零点在线辨识方法，其特征在于，所述获取所述永磁同步电机的d轴电压分量和q轴电压分量之后，还包括：
将所述永磁同步电机的需求转矩恢复为指令值。
11.一种电机控制器，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。
12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至10中任一项所述方法的步骤。
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