CN110572103B - 永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法、系统，其中，方法包括：获取永磁同步电机三相电流中的最大值，并根据最大值和电流参考值计算得到电压幅值；分配电压幅值，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β）；根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制永磁同步电机，并读取永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号；根据位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角。该零位自学习方法，实现了电机电流可闭环控制且电流幅值可调整的零位自学习过程，无需手动调整电压幅值，降低了操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

Description

永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法、系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法、系统。

背景技术

永磁同步电机凭借其效率高、控制性能优越等特点被广泛应用于工业制造和新能源汽车等领域。准确的位置检测是永磁同步电机获取优越控制性能的前提，通常采用机械式位置传感器获取。因安装误差的存在，机械式位置传感器所输出的位置信号与实际位置存在偏差，需进行补偿。

零位补偿角获取的大致过程是：在电机定子绕组中注入电压，将转子强行拖动到与A相绕组轴线重合的位置，读取位置传感器输出的位置信号，作为零位补偿角。其中，注入电压幅值的选择对电机寿命及零位补偿角精度有重要影响，若注入电压幅值过大，导致绕组电流过大，则会降低电机使用寿命，甚至直接烧毁电机；若注入电压幅值过小，形成的电流过小，则不能产生足够的扭矩拖动电机转子旋转到指定位置，影响零位补偿角的准确性。

为解决上述问题，现有方法大都通过前期多次尝试与调整，确定合适的电压幅值，然后施加在电机绕组中，避免电机因电流过大而降低寿命的问题，同时避免因电流过小而无法拖动转子的问题。然而，这种多次调整电压幅值的方式增加了零位补偿角获取过程的操作复杂性，并且当被控对象电机更换，控制频率、死区时间等控制参数调整时，电压幅值又需要重新调整，非常麻烦。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，以实现永磁同步电机的零位自学习，降低零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。

本发明的第四个目的在于提出一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，其包括以下步骤：获取永磁同步电机三相电流中的最大值，并根据所述最大值和电流参考值计算得到电压幅值；对所述电压幅值进行分配，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β）；根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制所述永磁同步电机，并读取所述永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号；根据所述位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角。

根据本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，通过获取电流最大值和电流参考值计算得到电压幅值，分配电压幅值以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标下的α、β轴电压（u_α，u_β），根据轴电压（u_α，u_β）利用SVPWM控制永磁同步电机，并读取所述永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，最后根据位置信号计算得出零位补偿角。该零位自学习方法，实现了电机电流可闭环控制且电流幅值可调整的零位自学习过程，无需手动调整电压幅值，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

另外，根据本发明上述实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述各阶段所需的（u_α，u_β）依次为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），其中，u_m为所述电压幅值。

根据本发明的一个实施例，（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）对应的位置信号分别为θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，其中，通过如下公式计算零位补偿角θ_c：θ_c=(θ₂+θ₄)/2。

根据本发明的一个实施例，根据所述最大值和电流参考值计算得到电压幅值，包括：将所述电流参考值和所述最大值作差，得到电流差值；对所述电流差值进行PI调节得到所述电压幅值。

根据本发明的一个实施例，所述最大值的初始值为0，I_ref=20%I_N，其中，I_ref为所述电流参考值，I_N为所述永磁同步电机的额定电流。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，在该计算机可读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，实现如上述实施例所述的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法。

本发明的实施例的计算机可读存储介质，可以通过执行其上存储的计算机程序，实现上述实施例所述的永磁同步电极位置传感器的零位自学习方法，从而实现了电机电流可闭环控制且电流幅值可调整的零位自学习过程，无需手动调整电压幅值，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述实施例所述的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法。

本发明的实施例的计算机设备，可以通过执行存储在存储器上的计算机程序，实现上述实施例所述的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，从而实现了电机电流可闭环控制且电流幅值可调整的零位自学习过程，无需手动调整电压幅值，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统，该系统包括：最大值获取模块，用于获取永磁同步电机的三相电流中的最大值；电压幅值自调整模块，用于根据所述最大值和电流参考值计算得到电压幅值；分配模块，用于对所述电压幅值进行分配，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β）；控制模块，用于根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制所述永磁同步电机；读取计算模块，用于读取所述永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，并根据所述位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角。

本发明的实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统，通过最大值获取模块获取永磁同步电机的三相电流中的最大值，通过电压幅值自调整模块根据最大值和电流参考值计算得出电压幅值，通过分配模块对电压幅值进行分配以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β），然后根据轴电压（u_α，u_β），通过控制模块采用SVPWM控制所述永磁同步电机，通过读取计算模块读取永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，并根据所述位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角。由此，实现了电机电流可闭环控制且电流幅值可调整的零位自学习过程，无需手动调整电压幅值，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

另外，根据本发明上述实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统还可以具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述各阶段所需的（u_α，u_β）依次为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），其中，u_m为所述电压幅值。

根据本发明的一个实施例，（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）对应的位置信号分别为θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，其中，所述计算模块通过如下公式计算零位补偿角θ_c：θ_c=(θ₂+θ₄)/2。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法的流程示意图；

图2是本发明一个具体示例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法的控制框图；

图3是本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统的结构框图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法、系统。

图1为本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法的流程示意图。

如图1所示，零位自学习方法包括以下步骤：

S1，获取永磁同步电机三相电流中的最大值，并根据最大值和电流参考值计算得到电压幅值。

作为一个示例，可根据永磁同步电机的额定电流来计算电流参考值I_ref，I_ref的取值小于永磁同步电机的额定电流I_N，例如电流参考值I_ref取额定电流I_N的20%，即I_ref=20%I_N,同时，永磁同步电机最大值I_max的初始值取为0。如图2所示，将电流参考值I_ref和最大值I_max作差再经过PI调节后可以计算得到电压幅值，从而省去了工作人员根据同步被控对象电机和控制参数而手动调节电压幅值的繁琐过程。

S2，对电压幅值进行分配，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β）。

在本发明的一个示例中，各阶段所需的（u_α，u_β）依次为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），其中，u_m为电压幅值。

具体地，在确定电压幅值之后，设定永磁同步电机各阶段所需的电压分别为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），即对电压幅值进行分配，可以方便且准确的让永磁同步电机根据各阶段所需的（u_α，u_β）来获取永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，从而再根据各阶段输出的位置信号驱动永磁同步电机。

S3，根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制永磁同步电机，并读取永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号。

具体地，根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM算法生成驱动信号，从而根据驱动信号对永磁同步电机进行驱动，在永磁同步电机被驱动的过程中，可以读取永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，永磁同步电机各阶段的位置信号可以作为后面计算永磁同步电机零位补偿角的依据。

S4，根据位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角。

作为一个示例，（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）对应的位置信号分别为θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，其中，通过如下公式计算零位补偿角θ_c：θ_c=(θ₂+θ₄)/2。

参见图2，经过电压幅值自调整模块调整之后输出电压幅值u_m，通过电压分配模块中的多路选择开关S设置零位自学习不同阶段所需的α、β轴电压（u_α，u_β），即（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）。进而将（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）四组数据分别连接到电压分配模块中的多路开关S的“1”、“2”、“3”和“4”输入端，分别将电压分配模块中的多路选择开关S置在“1”、“2”、“3”和“4”上，位置传感器分别输出位置信号θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，利用公式θ_c=(θ₂+θ₄)/2计算得出零位补偿角θ_c。当然，通过多次测量取平均值的方式可有效提高零位补偿角θ_c的检测精度。

具体地，如图2所示，检测获得永磁同步电机的三相电流i_A、i_B和i_C，进而通过比较获取永磁同步电机三相电流中的最大值I_max，将最大值与电流参考值作差运算，将所得差值经过PI调节器进行PI调节后输出电压幅值，电压分配模块对电压幅值进行分配，从而获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β）。根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM算法生成逆变器的六路驱动信号D，直流电源以U_dc电压给逆变器供电，逆变器根据驱动信号D驱动永磁同步电机。利用读取计算模块读取出永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，并根据位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角，从而根据零位补偿角对永磁同步电机的运作进行零位补偿。

本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，不需要工作人员手动对电压幅值进行调整，可以自动的通过计算，降低工作人员的工作量，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

进一步地，本发明提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理执行时，可实现上述实施例中的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法。

本发明实施例的计算机可读存储介质，在其上存储的与上述永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法对应的计算机程序被执行时，能够实现自动获取电压幅值，降低零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

进一步地，本发明提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述实施例中的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法。

本发明实施例的计算机设备，设置了存储器和存储在存储器上的计算机程序以及处理器，在存储在存储器上的与上述永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法对应的计算机程序被处理器执行时，能够实现永磁同步电机自动获取电压幅值，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

图3是本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统的结构框图。

如图3所示，永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统100包括：最大值获取模块110、电压幅值自调整模块120、分配模块130、控制模块140和读取计算模块150。

其中，最大值获取模块110用于获取永磁同步电机的三相电流中的最大值；电压幅值自调整模块120用于根据最大值和电流参考值计算得到电压幅值；分配模块130用于对电压幅值进行分配，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β）；控制模块140用于根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制永磁同步电机；读取计算模块150用于读取永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，并根据位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角。

在本发明的一个实施例中，各阶段所需的（u_α，u_β）依次为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），其中，u_m为电压幅值。

进一步地，（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）对应的位置信号分别为θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，其中，通过如下公式计算零位补偿角θ_c：θ_c=(θ₂+θ₄)/2。

需要说明的是，前述对永磁同步电机位置传感器的零位自学方法具体实施方式的描述，同样适用于本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学系统，为减少冗余。不再赘述。

本发明实施例的永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统，不需要工作人员手动对电压幅值进行调整，可以自动的通过计算，降低工作人员的工作量，降低了零位自学习过程的操作复杂性，同时可避免电机因过流而降低寿命的问题和电机因电流过小而无法转动的问题。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取永磁同步电机三相电流中的最大值，并根据所述最大值和电流参考值计算得到电压幅值；

对所述电压幅值进行分配，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β），所述各阶段所需的（u_α，u_β）依次为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），其中，u_m为所述电压幅值；

根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制所述永磁同步电机，并读取所述永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号；

根据所述位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角，所述（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）对应的位置信号分别为θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，其中，通过如下公式计算零位补偿角θ_c：

θ_c=(θ₂+θ₄)/2；

其中，所述最大值的初始值为0，I_ref=20%I_N，其中，I_ref为所述电流参考值，I_N为所述永磁同步电机的额定电流。

2.权利要求1所述的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法，其特征在于，根据所述最大值和电流参考值计算得到电压幅值，包括：

将所述电流参考值和所述最大值作差，得到电流差值；

对所述电流差值进行PI调节得到所述电压幅值。

3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一项所述的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法。

4.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上的计算机程序，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1-2中任一项所述的永磁同步电机位置传感器的零位自学习方法。

5.一种永磁同步电机位置传感器的零位自学习系统，其特征在于，包括：

最大值获取模块，用于获取永磁同步电机的三相电流中的最大值；

电压幅值自调整模块，用于根据所述最大值和电流参考值计算得到电压幅值；

分配模块，用于对所述电压幅值进行分配，以获取当前周期内各阶段所需的两相静止坐标系下的α、β轴电压（u_α，u_β），所述各阶段所需的（u_α，u_β）依次为（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0），其中，u_m为所述电压幅值；

控制模块，用于根据各阶段所需的（u_α，u_β），采用SVPWM控制所述永磁同步电机；

读取计算模块，用于读取所述永磁同步电机的位置传感器在各阶段输出的位置信号，并根据所述位置传感器在各阶段输出的位置信号计算零位补偿角所述（0，u_m）、（u_m，0）、（0，-u_m）、（u_m，0）对应的位置信号分别为θ₁、θ₂、θ₃、和θ₄，其中，所述计算模块通过如下公式计算零位补偿角θ_c：

θ_c=(θ₂+θ₄)/2；

其中，所述最大值的初始值为0，I_ref=20%I_N，其中，I_ref为所述电流参考值，I_N为所述永磁同步电机的额定电流。

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