CN110492812A - 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法 - Google Patents

一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110492812A
CN110492812A CN201910730468.9A CN201910730468A CN110492812A CN 110492812 A CN110492812 A CN 110492812A CN 201910730468 A CN201910730468 A CN 201910730468A CN 110492812 A CN110492812 A CN 110492812A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
error
formula
coordinate
torque
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910730468.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110492812B (zh
Inventor
潘安远
凌文锋
张今朝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Deou Electrical Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Deou Electrical Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Deou Electrical Technology Co Ltd filed Critical Zhejiang Deou Electrical Technology Co Ltd
Priority to CN201910730468.9A priority Critical patent/CN110492812B/zh
Publication of CN110492812A publication Critical patent/CN110492812A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110492812B publication Critical patent/CN110492812B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/18—Estimation of position or speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/20—Estimation of torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开一种永磁同步电动机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法，通过已知静止坐标αβ系下定子电流变化量公式和转子位置误差公式，通过推导，得到转子位置误差和电磁转矩误差的关系，建立模型。本发明通过推导得到转子位置误差和电磁转矩误差的关系，减少电磁转矩在转子上的脉动量，减少电磁噪声。

Description

一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建 方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制，尤其涉及对于电机转子位置误差及电磁转矩误差的建模方法。
背景技术
目前，在以三相永磁同步电动机驱动的装备中，其调速方式主要以矢量控制为主，且技术比较成熟，矢量控制是假定磁动势沿气隙成正弦规律分布的；但是，在实际控制过程中，电机气隙主磁场并不是完全按正弦波分布的，由于永磁体和定子磁场的共同作用，这种使磁场出现动态变化的情况，使电磁转矩在转子上出现脉动量，其脉动引起转子振动，产生噪声，是电磁噪声的主要来源，其重要原因是在估计转子位置时，角度估计有误差存在，但现在文献在进行电机控制时，往往因为忽略转子位置的微小误差对转矩的影响。
发明内容
基于上述问题，本发明提出一种永磁同步电动机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法，得到转子位置误差和电磁转矩误差的关系，减少电磁转矩在转子上的脉动量，减少电磁噪声。
所采用的技术方案是：一种永磁同步电机转子位置角误差及电磁转矩误差的模型构建方法，模型构建方法步骤如下：
通过已知静止坐标αβ系下定子电流变化量公式
其中，Δiα为静止坐标αβ系下α轴的电流变化量，Δiβ为β轴的电流变化量，ψr为转子磁链，Ld和Lq为定子在转子dq坐标系下的分量；k为当前的采样瞬间， T为采样周期；
已知转子位置误差公式，Δθ＝θr-θrm＝∫(ωr-ωrm)dt (2)，
其中，ωr为转子实际速度；而ωrm为检测速度，速度检测以高分辨率的编码器来完成；θr是转子位置的实际角度值，θrm转子位置的检测角度值；(1)式和 (2)在文献(H.Lu,L.Zhang,and W.Qu,A new torque control method for torque ripple minimizationof BLDCmotors with un-ideal back EMF,IEEE Transactions on Power Electronics,23(2),950-958,2008.)可得；
将(1)式乘以T，得
将(4)变形，得
将(5)代入(3)，得
当转子位置有误差时，其转矩误差可以根据异步电动机αβ坐标下公式来求得，异步电机的转矩公式为
其中，Lm和Lr分别是定子与转子同轴等效绕组间的互感和转子等效两相绕组的自感；isβ和isα分别是定子在αβ坐标下的两个电流分量；ψrα和ψrβ是转子磁链在αβ坐标下的两个分量；
由于三相永磁同步电动机的转子是永磁体，则转子磁链在αβ坐标下的两个分量：
ψrα＝ψrsin(θrm+Δθ) (8)
ψrβ＝ψrcos(θrm+Δθ) (9)；
当在Δθ角的情况下，转矩误差为ΔTe，(8)和(9)式代入(7)中，
根据公式(6)和公式(10)，则最终可获得转角误差与转矩误差的对应关系，即：
三相永磁同步电动机中，目前常用的矢量控制是令isd＝0的恒转矩调速形式，其中isd是定子电流在dq坐标上的d轴分量；当在dq坐标中，按转子磁链定向时d 轴与转子磁链重合，isd分量是控制转子磁链ψr的大小，isq是控制转矩的分量，当保持isd＝0时，则气隙磁场不受定子磁场影响，完全由转子磁链作用。从目前已知的情况下，要保持isd＝0，则转子位置角θr必须精确估算，如果有误差，则会出现偏移参考坐标系，使转子径向出现电磁力，转矩电流分量偏小，转矩出现脉动，最终会出现电磁噪声偏大的情况。本发明通过建立永磁同上不电动机转子位置误差及电磁转矩误差的模型，导出转子位置误差和电磁转矩关系，减少电磁转矩在转子上的脉动量，减少电磁噪声。
附图说明
图1是三相永磁同步电机矢量控制图；
图2是本发明中对应于实际及估算转子位置的误差相量图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1至图2所示，三相永磁同步电动机中，目前常用的矢量控制是令 isd＝0的恒转矩调速形式，其中isd是定子电流在dq坐标上的d轴分量，如图1所示(阮毅，杨影，陈伯时等.电力拖动自动控制系统—运动控制系统[M].5版，北京，机械工业出版社，2016.)。当在dq坐标中，按转子磁链定向时d轴与转子磁链重合，isd分量是控制转子磁链ψr的大小，isq是控制转矩的分量，当保持isd＝0时，则气隙磁场不受定子磁场影响，完全由转子磁链作用。但从图1中可以看出来，要保持isd＝0，则转子位置角θr必须精确估算，如果有误差，则会出现偏移参考坐标系，使转子径向出现电磁力，转矩电流分量偏小，转矩出现脉动，最终会出现电磁噪声偏大的情况。
由文献(H.Lu,L.Zhang,and W.Qu,A new torque control method for torqueripple minimization of BLDCmotors with un-ideal back EMF,IEEE Transactions onPower Electronics,23(2),950-958,2008.)可得下列表达式，(1)式和(2)式
Δθ＝θr-θrm＝∫(ωr-ωrm)dt (2)；
其中，Δiα为静止坐标αβ系下α轴的电流变化量，Δiβ为β轴的电流变化量，ψr为转子磁链，Ld和Lq为定子在转子dq坐标系下的分量；k为当前的采样瞬间，T为采样周期。ωr为实际速度，而ωrm为检测速度，速度检测以高分辨率的编码器来完成，θr和θrm分别是转子位置的实际角度值和检测值。
将(1)式乘以T，得
将(4)变形，得
将(5)代入(3)，得
当转子位置有误差时，其转矩误差可以根据异步电动机αβ坐标下公式来求得，异步电机的转矩公式为
其中，Lm和Lr分别是定子与转子同轴等效绕组间的互感和转子等效两相绕组的自感；isβ和isα分别是定子在αβ坐标下的两个电流分量；ψrα和ψrβ是转子磁链在αβ坐标下的两个分量；
由于三相永磁同步电动机的转子是永磁体，则转子磁链在αβ坐标下的两个分量：
ψrα＝ψrsin(θrm+Δθ) (8)
ψrβ＝ψrcos(θrm+Δθ) (9)；
当在Δθ角的情况下，转矩误差为ΔTe，(8)和(9)式代入(7)中，
根据公式(6)和公式(10)，则最终可获得转子位置误差与电磁转矩误差的对应关系，即：

Claims (1)

1.一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法，其特征在于：模型构建方法步骤如下：
通过已知静止坐标αβ系下定子电流变化量公式
其中，Δiα为静止坐标αβ系下α轴的电流变化量，Δiβ为β轴的电流变化量，ψr为转子磁链，Ld和Lq为定子在转子dq坐标系下的分量；k为当前的采样瞬间，T为采样周期；
已知转子位置误差公式，Δθ＝θr-θrm＝∫(ωr-ωrm)dt (2)，
其中，ωr为转子实际速度；而ωrm为检测速度，速度检测以高分辨率的编码器来完成；θr是转子位置的实际角度值，θrm转子位置的检测角度值；
将(1)式乘以T，得
将(4)变形，得
将(5)代入(3)，得
当转子位置有误差时，其转矩误差可以根据异步电动机αβ坐标下公式来求得，异步电机的转矩公式为
其中，Lm和Lr分别是定子与转子同轴等效绕组间的互感和转子等效两相绕组的自感；isβ和isα分别是定子在αβ坐标下的两个电流分量；ψrα和ψrβ是转子磁链在αβ坐标下的两个分量；
由于三相永磁同步电动机的转子是永磁体，则转子磁链在αβ坐标下的两个分量：
ψrα＝ψrsin(θrm+Δθ) (8)
ψrβ＝ψrcos(θrm+Δθ) (9)；
当在Δθ角的情况下，转矩误差为ΔTe，(8)和(9)式代入(7)中，得：
根据公式(6)和公式(10)，则最终可获得转角误差与转矩误差的对应关系，即：
CN201910730468.9A 2019-08-08 2019-08-08 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法 Active CN110492812B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910730468.9A CN110492812B (zh) 2019-08-08 2019-08-08 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910730468.9A CN110492812B (zh) 2019-08-08 2019-08-08 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110492812A true CN110492812A (zh) 2019-11-22
CN110492812B CN110492812B (zh) 2022-02-01

Family

ID=68550164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910730468.9A Active CN110492812B (zh) 2019-08-08 2019-08-08 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110492812B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010035352A (ja) * 2008-07-29 2010-02-12 Honda Motor Co Ltd 同期電動機のロータ位置推定装置
CN104935232A (zh) * 2015-04-30 2015-09-23 广东美的制冷设备有限公司 永磁同步电机的直接转矩控制方法、控制系统
CN105227010A (zh) * 2015-10-23 2016-01-06 哈尔滨工业大学 一种永磁同步电机无位置传感器位置观测误差谐波脉冲消除方法
CN107681938A (zh) * 2016-08-01 2018-02-09 株式会社东芝 永磁体同步电动机的常数验明装置以及常数验明方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010035352A (ja) * 2008-07-29 2010-02-12 Honda Motor Co Ltd 同期電動機のロータ位置推定装置
CN104935232A (zh) * 2015-04-30 2015-09-23 广东美的制冷设备有限公司 永磁同步电机的直接转矩控制方法、控制系统
CN105227010A (zh) * 2015-10-23 2016-01-06 哈尔滨工业大学 一种永磁同步电机无位置传感器位置观测误差谐波脉冲消除方法
CN107681938A (zh) * 2016-08-01 2018-02-09 株式会社东芝 永磁体同步电动机的常数验明装置以及常数验明方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘红星: "异步电机自适应矢量控制系统的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技II辑》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110492812B (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103501151B (zh) 一种永磁直线电机用无位置传感器
CN101594114B (zh) 永磁同步电机转子初始位置角的确定方法
CN107086836B (zh) 一种改进的永磁同步电机弱磁调速方法
CN104158462B (zh) 一种无位置传感器的永磁同步电机初始位置检测方法
CN110311608B (zh) 一种最优注入角的高频方波电压注入永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN103532465B (zh) 基于增量式模型参考自适应的永磁同步电机电感辨识算法
CN105227010B (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器位置观测误差谐波脉冲消除方法
CN102647134B (zh) 一种永磁同步电机无角度传感器的效率优化控制方法
CN110071674B (zh) 一种无位置传感器永磁同步电机最大转矩电流比控制方法
CN106208872B (zh) 基于免疫算法的pmsm高频电压方波注入转速估计方法
CN103701395B (zh) 一种基于正反序列谐波注入的电机转子初位估计方法
CN103338002A (zh) 一种永磁同步电机永磁体磁通和交轴电感的辨识方法
CN103701375B (zh) 一种永磁同步电机启动系统、方法及永磁同步电机
Noguchi et al. Mechanical-sensorless robust control of permanent magnet synchronous motor using phase information of harmonic reactive power
CN110474587A (zh) 无源控制高频信号注入的永磁同步电机无位置传感器控制系统及控制方法
Xiong et al. Sensor-less complex system control of pmsm based on improved smo
CN102170262B (zh) 一种直驱永磁同步风电机组无速度传感器控制方法
CN101841297A (zh) 转子磁链定向矢量控制系统中同步电机旋转速度和转子位置推测方法
CN116365937A (zh) 一种高速永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN110492812A (zh) 一种永磁同步电机转子位置误差及电磁转矩误差的模型构建方法
CN107592046B (zh) 一种同步磁阻电机的无传感dtc控制方法及控制系统
CN113078851B (zh) 一种基于永磁磁链观测器的有限位置集无位置控制方法
Matsumoto et al. Position sensorless control of IPMSMs using full-order flux observer based on an algebraic design method
CN105322848A (zh) 一种永磁同步电机的启动方法和系统
Bian et al. Sensorless DTC of super high-speed PMSM

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
CB02 Change of applicant information

Address after: Hong Yip Road Jiaxing city Zhejiang province 314001 Xiuzhou Industrial Zone No. 228 Shanghai Jiaotong University (Jiaxing) science and Technology Park Building 6, 3 floor

Applicant after: Zhejiang Deou Electric Technology Co., Ltd

Address before: Hong Yip Road Jiaxing city Zhejiang province 314001 Xiuzhou Industrial Zone No. 228 Shanghai Jiaotong University (Jiaxing) science and Technology Park Building 6, 3 floor

Applicant before: ZHEJIANG DEALOUR ELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant