CN112583320B - 基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统及方法，属于永磁同步电机技术领域，其中检测方法包括：获取检测转子位置信息的信号；发出令电机旋转坐标系下交轴电流为零和直轴电流为零的控制指令；记录旋转变压器采集到的转子位置信息值；判断交轴电压和直轴电压是否已经完全解耦，若没有完全解耦，则根据直轴电压的正负性调整交轴电流的大小，重复检测；确定电机转子的位置。采用电压解耦确定永磁同步电机转子位置的方法，提高了获取转子位置的精确度，增强了电机的控制性能。

Description

基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统及方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机技术领域，涉及一种永磁同步电机检测转子位置的方法，具体涉及一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统及方法。
背景技术
永磁同步电机具有高性能、工作密度高、控制特性优良和可靠性高等优点。因此，永磁同步电机在各工业领域都取得了广泛的应用。
新能源车用永磁同步电机需要稳定精确的转子位置信息，才能获得更高的控制精度和快速的瞬态响应，实现电机的可靠，高效运行。
转子位置偏差严重影响永磁同步电机的启动和控制性能。为了解决这一个问题，现有的无位置传感器做法是高频信号注入法，将高频电流信号注入转子位置估计数学模型，指出获取转子空间位置；带有位置传感器做法是采用有位置信号输出的光电编码器完成转子位置检测。但是前者一般较为复杂，对电机驱动硬件的要求也较高；后者适应环境的能力较差，影响精度因素较多。而旋转变压器可靠性高，有较强的抵抗外界恶劣环境的能力，基于此，可以利用永磁同步电机在一定条件下电压不耦合的特性，设计出一个高精度的转子位置检测系统及方法。
发明内容
本发明提供了一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，以解决现有技术中永磁同步电机转子位置检测不精确的问题。
本发明提供了一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：获取检测信号，向电机控制器发出检测转子位置的信号，让电机开始进入检测转子位置的流程；
步骤二：获取位置传感器初始值，向电机控制器发出令电机旋转坐标系下直轴电流为零和交轴电流为零的指令，并记录此时的旋转变压器的值，为转子粗略的位置的值；
步骤三：位置检测，具体方法如下：给交轴电流任一固定值，通过判断电机旋转坐标系下直轴电压和交轴电压是否耦合；若已经完全解耦，则保存当前的旋转变压器的值，并退出检测流程；若没有完全解耦，则判断直轴电压的正负性，若直轴电压数值为正，则按一定的步长减小交轴电流，然后重新判断直轴电压和交轴电压是否耦合，若直轴电压数值为负，则按一定的步长增大交轴电流，然后重新判断直轴电压和交轴电压是否耦合；重复该步骤，直到直轴电压和交轴电压完全解耦，保存当前的旋转变压器的值，并退出检测流程；
步骤四：调整位置，根据旋转变压器反馈的最终值，调整电机转子的位置，完成永磁同步电机转子精确位置的检测。
可选地，所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机的转子位置检测方法，其特征在于，采用判断电压是否解耦的方法，快速检测永磁同步电机转子精确的位置。
可选地，所述步骤三中交轴电流任一固定值，固定值的取值范围为-20～-100。
可选地，所述步骤三中按一定的步长增大或减小交轴电流，该步长的取值范围为0.1～5。
可选地，所述步骤三中解耦，是令直轴电流id＝0和交轴电流 iq＝0，得到的直轴电压和交轴电压的稳态方程如下：
Figure RE-GDA0002935974200000021
直轴电压和交轴电压的值不受直轴电流和交轴电流值的影响，相互独立。
可选地，步骤四中调整电机转子的位置，是在所述步骤二中粗测得到的旋转变压器位置信息基础上，通过直轴电压和交轴电压完全解耦后，得到更精确的转子位置。
本发明提供了一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统，其特征在于，包括：电流处理模块、PI调节器模块、反Park变换模块、SVPWM模块、逆变器模块、Clark变换模块、 Park变换模块、解耦模块、旋转变压器信息模块、永磁同步电机；
所述电流处理模块与所述PI调节器模块连接，用于分解合电流为直轴电流分量和交轴电流分量；所述PI调节器模块分别与所述电流处理模块、反Park变换模块连接，用于对直轴电流分量和交轴电流分量进行调节控制；所述反Park变换模块与所述PI调节器模块、SVPWM模块连接，用于将直轴电流和交轴电流分量转换成α和β轴电压；所述SVPWM模块分别与所述反Park 变换模块、逆变器模块连接，用于将电压矢量生成PWM波；所述逆变器模块分别与SVPWM模块、永磁同步电机连接，用于转换驱动电机的三相电流；所述Clark变换模块分别与所述逆变器模块、 Park变换模块连接，用于将三相电流转换成直轴电流分量和交轴电流分量；所述Park变换模块与所述Clark变换模块连接，用于将电流分量反馈给控制回路；所述解耦模块分别与所述Park 变换模块、旋转变压器信息模块连接，用于利用电压解耦得到的数据补偿旋转变压器获取的转子位置信息；所述旋转变压器信息模块与永磁同步电机连接，用于获取初步的转子位置信息。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明在不使用额外驱动硬件的情况下，单纯利用新能源车用永磁同步电机自带的旋转变压器和电机本身电压不耦合的特性，检测转子位置信息，提高了控制精度和运行稳定性。
2、本发明通过结合旋转变压器粗略测量和电压解耦精细测量转子位置信息，确定永磁同步电机转子精确的位置，能够实现快速、高精度获取转子位置信息。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明具体实施的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法的流程图。
图2为本发明具体实施的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：获取检测信号，向电机控制器发出检测转子位置的信号，让电机开始进入检测转子位置的流程；
步骤S2：获取位置传感器初始值，向电机控制器发出令电机旋转坐标系下直轴电流为零和交轴电流为零的指令，并记录此时的旋转变压器的值，为转子粗略的位置的值；
步骤S3：位置检测，具体方法如下：给交轴电流任一固定值，通过判断电机旋转坐标系下直轴电压和交轴电压是否耦合；若已经完全解耦，则保存当前的旋转变压器的值，并退出检测流程；若没有完全解耦，则判断直轴电压的正负性，若直轴电压数值为正，则按一定的步长减小交轴电流，然后重新判断直轴电压和交轴电压是否耦合，若直轴电压数值为负，则按一定的步长增大交轴电流，然后重新判断直轴电压和交轴电压是否耦合；重复该步骤，直到直轴电压和交轴电压完全解耦，保存当前的旋转变压器的值，并退出检测流程。
步骤S4：调整位置，根据旋转变压器反馈的最终值，调整电机转子的位置，完成永磁同步电机转子精确位置的检测。
可选地，所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机的转子位置检测方法，其特征在于，采用判断电压是否解耦的方法，快速检测永磁同步电机转子精确的位置。
可选地，所述步骤一中检测转子位置的信号，通过软件程序给出，检测指令赋值，调用检测函数开始工作。
可选地，所述步骤二中电机旋转坐标系为d-q同步旋转坐标系，其中，d轴为直轴，代表励磁分量，q轴为交轴，代表力矩分量。
可选地，所述步骤二中旋转变压器是一种测量角度用的小型交流电动机，可以用来测量旋转物体的位置和速度信息。
可选地，所述步骤三中直轴电压和交轴电压的具体公式如下：
Figure RE-GDA0002935974200000051
其中，“Ud”是旋转坐标系下的直轴电压；“Uq”是旋转坐标系下的交轴电压；“id”是旋转坐标系下的直轴电流；“iq”是旋转坐标系下的交轴电流；“Ld”是旋转坐标系下的直轴电感，为定值量；“Lq”是旋转坐标系下的交轴电感，为定值量；“Rs”是电机的定子相电阻，为定值量；“ψ”是电机的永磁体磁链，为定值量；“ωr”是电机转子的角速度。
可选地，所述步骤三中交轴电流任一固定值，固定值的取值范围-20～-100。
可选地，所述步骤三中按一定的步长增大或减小交轴电流，该步长的取值范围为0.1～5。
可选地，所述步骤三中解耦，是令直轴电流id＝0和交轴电流 iq＝0，得到的直轴电压和交轴电压的稳态方程如下：
Figure RE-GDA0002935974200000061
直轴电压和交轴电压的值不受直轴电流和交轴电流值的影响，相互独立。
可选地，步骤四中调整电机转子的位置，是在所述步骤二中粗测得到的旋转变压器位置信息基础上，通过直轴电压和交轴电压完全解耦后，得到更精确的转子位置。
如图2所示，本发明提供了一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测系统结构示意图，包括：电流处理模块、PI调节器模块、反Park变换模块、SVPWM模块、逆变器模块、Clark 变换模块、Park变换模块、解耦模块、旋转变压器信息模块、永磁同步电机；
所述电流处理模块与所述PI调节器模块连接，用于分解合电流为直轴电流分量和交轴电流分量；所述PI调节器模块分别与所述电流处理模块、反Park变换模块连接，用于对直轴电流分量和交轴电流分量进行调节控制；所述反Park变换模块与所述PI调节器模块、SVPWM模块连接，用于将直轴电流和交轴电流分量转换成α和β轴电压；所述SVPWM模块分别与所述反 Park变换模块、逆变器模块连接，用于将电压矢量生成PWM波；所述逆变器模块分别与SVPWM模块、永磁同步电机连接，用于转换驱动电机的三相电流；所述Clark变换模块分别与所述逆变器模块、Park变换模块连接，用于将三相电流转换成直轴电流分量和交轴电流分量；所述Park变换模块与所述Clark变换模块连接，用于将电流分量反馈给控制回路；所述解耦模块分别与所述Park变换模块、旋转变压器信息模块连接，用于利用电压解耦得到的数据补偿旋转变压器获取的转子位置信息；所述旋转变压器信息模块与永磁同步电机连接，用于获取初步的转子位置信息。
显而易见的是，本领域的技术人员可以从根据本发明的实施方式的各种结构中获得根据不麻烦的各个实施方式尚未直接提到的各种效果。尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：获取检测信号，向电机控制器发出检测转子位置的信号，让电机开始进入检测转子位置的流程；
步骤二：获取位置传感器初始值，向电机控制器发出令电机旋转坐标系下直轴电流为零和交轴电流为零的指令，并记录此时的旋转变压器的值，为转子粗略的位置的值；
步骤三：位置检测，具体方法如下：给交轴电流任一固定值，通过判断电机旋转坐标系下直轴电压和交轴电压是否耦合；若已经完全解耦，则保存当前的旋转变压器的值，并退出检测流程；若没有完全解耦，则判断直轴电压的正负性，若直轴电压数值为正，则按一定的步长减小交轴电流，然后重新判断直轴电压和交轴电压是否耦合，若直轴电压数值为负，则按一定的步长增大交轴电流，然后重新判断直轴电压和交轴电压是否耦合；重复该步骤，直到直轴电压和交轴电压完全解耦，保存当前的旋转变压器的值，并退出检测流程；
步骤四：调整位置，根据旋转变压器反馈的最终值，调整电机转子的位置，完成永磁同步电机转子精确位置的检测。
2.如权利要求1所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，采用判断电压是否解耦的方法，快速检测永磁同步电机转子精确的位置。
3.如权利要求1所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述步骤三中交轴电流为任一固定值，固定值的取值范围-20～-100。
4.如权利要求1所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述步骤三中按一定的步长增大或减小交轴电流，该步长的取值范围为0.1～5。
5.如权利要求1所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述步骤三中解耦，是令直轴电流id＝0和交轴电流iq＝0，得到的直轴电压和交轴电压的稳态方程如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
直轴电压和交轴电压的值不受直轴电流和交轴电流值的影响，相互独立。
6.如权利要求1所述的一种基于电压解耦的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述步骤四中调整电机转子的位置，是在所述步骤二中粗测得到的旋转变压器位置信息基础上，通过直轴电压和交轴电压完全解耦后，得到更精确的转子位置。
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