CN114665756A - 永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法 - Google Patents

永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，包括转子位置滤波及坐标变换矢量角计算和转子零位置标定；其中：所述转子位置滤波及坐标变换矢量角计算，用于对转子位置进行滤波处理，并完成矢量控制系统的坐标变换矢量角计算；转子零位置标定，用于永磁同步电机转子与传感器零位偏差标定，对获取的转子位置进行补偿。本发明可使传感器获取的转子位置更加稳定、准确，以保证电驱系统的高效率、稳健性、鲁棒性。

Description

永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法。
背景技术
电驱系统作为新能源汽车驱动的关键部件，目前使用较多的驱动电机都是永磁同步电机，对于永磁同步电机的控制而言，转子位置获取的准确性、抗干扰性尤为重要，是保证电驱系统稳健性的关键。
目前电机控制器在无法获得种永磁同步电机转子零位时，具有代表性的获取转子零位的方法有高频信号注入法和反电动势法。其中高频信号注入法依赖电机类型，对凸极式电机效果明显，但是对隐极式电机不明显。并且对于高频电流响应信号的解调算法往往具有计算量大、算法复杂以及理论性强的特点，通用性较差。反电动势法则是通过检测三相绕组的电压或者电流来计算转子的位置。而反电动势的幅值和转速是成正比的关系，在转子静止或者转速很低的时候，无法检测出电机的零位，并且需要借助示波器来观察波形，增加了硬件需求，操作不便。此外还有文献采用神经网络、模型参考自适应等方法对转子的初始位置进行估计，但是此类方法都需要大量的运算和复杂的算法。本发明基于电机结构以及其数学模型，不依赖与电机的参数，不需要设计复杂的估计算法以及额外的硬件设备，将检测和验证零位两个模块相结合，不需要人为干预，电机控制器自动执行检测验证流程后即可获得电机种永磁同步电机的转子零位。
如今，随着新能源汽车的发展趋势是高压、高速化，在这样复杂环境下，系统的干扰源较多，如何使传感器获取的转子位置更加稳定、准确，以保证电驱系统的性能是当前所面临的问题。
发明内容
本发明提供一种永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，本发明可使传感器获取的转子位置更加稳定、准确，以保证电驱系统的高效率、稳健性、鲁棒性。
解决上述问题的技术方案如下：
永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，包括转子位置滤波及坐标变换矢量角计算和转子零位置标定；其中：
所述转子位置滤波及坐标变换矢量角计算，用于对转子位置进行滤波处理，并完成矢量控制系统的坐标变换矢量角计算；
转子零位置标定，用于永磁同步电机转子与传感器零位偏差标定，对获取的转子位置进行补偿。
进一步地，转子位置滤波及坐标变换矢量角计算包括以下步骤：
S1，获取电机转子位置传感器信号，并转换为电角度；
S2，计算转子位置前后两次电角度差；
S3，在一个采样周期内，判断前后两次电角度差△θ是否超出当前转速对应的角度；
S4，当前后两次电角度差△θ超出限制值时，计算出角度误差值，并置位角度修正标志位为1；
S5，判断角度修正标志位是否置位；
S6，若S5的判断结果为是，则判断修正次数是否小于2；
S7，当S6中的修正次数小于2时，当前转子位置角度=上一次的位置角度+根据当前转速在一个周期内预估角度变化量赋值给当前转子位置角度；
S8，将当前转子位置角度赋值给上一次电角度变量；
S9，对前后两次转子电角度求差值，并进行滑动平均值处理；
S10，对坐标变换矢量角进行计算，坐标变换矢量角=当前电角度变化量+上一次电角度+零位置偏差角度。
进一步地，若S5的判断结果为否，则进入步骤S11进行角度修正次数变量清零，清零结束后进入步骤S8。
进一步地，若S6的判断结果为否，则进入步骤S12，读取位置传感器角度值，且转换为电角度，并完成角度修正次数清零，清零结束后进入步骤S8。
进一步地，转子零位置标定包括以下步骤：
S13，以电角度60°的梯度给定电压矢量，锁定相应的转子位置，并分别计算出位置传感器与d轴的零位置偏差，总共完成极对数个电周期的测试，累加零位置偏差，并求平均值，且赋值给零位偏差变量，所述d轴为励磁轴；
S14，在电流模式下给定d轴电流，使电机空载运行；
S15，判断电机空载运行的转速是否达到设定的转速范围内；
S16，当电机空载运行转速达到设定的转速范围内时，给定d轴和q轴电流id=0、iq=0，使电机转速下降，所述q轴为扭矩轴；
S17，当空载转速在下降的过程中，计算转子位置对齐角度θ_align=ATAN（Ud，Uq），并记录θ_align的值，其中Ud表示d轴电压，Uq表示q轴电压；
S18，累积θ_align值M次，并对其进行平均值处理；
S19，判断θ_align值是否在±2°内；
S20，当θ_align值在±2°范围内时，将S13锁定的零位偏差赋值给相应变量，并存储到内存，为坐标变换矢量角计算提供零位偏差值。
进一步地，S15中，设定的转速范围为1000rpm-2000rpm。
进一步地，S18中，M为100。
本发明的有益效果是：
基于上述的电机转子位置滤波及零位标定方法，在矢量控制系统中使用位置传感器获取转子位置时，能够有效提升转子位置计算的抗干扰能力，并实时进行修正，提高了系统的鲁棒性；并通过上述方法，可快速准确的实现电机转子零位的自动学习标定，在电机性能测试、量产阶段均能有效的实施。在高压、高速的强耦合复杂环境下，可使获取到的转子位置更加稳定、准确，保障了永磁同步电驱系统的高效率、稳健性。
附图说明
图1为永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法的方框图；
图2为转子位置滤波及坐标变换矢量角计算的流程图；
图3为转子零位置标定的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图3所示，本发明的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，包括转子位置滤波及坐标变换矢量角计算和转子零位置标定；其中：
所述转子位置滤波及坐标变换矢量角计算，用于对转子位置进行滤波处理，并完成矢量控制系统的坐标变换矢量角计算；
转子零位置标定，用于永磁同步电机转子与传感器零位偏差标定，对获取的转子位置进行补偿。
转子位置滤波及坐标变换矢量角计算包括以下步骤：
S1，获取电机转子位置传感器信号，并转换为电角度。
S2，计算转子位置前后两次电角度差。
S3，在一个采样周期内，判断前后两次电角度差△θ是否超出当前转速对应的角度。其中，当前转速为500rpm。
S4，当前后两次电角度差△θ超出限制值时，计算出角度误差值，并置位角度修正标志位为1。
S5，判断角度修正标志位是否置位。
S6，若S5的判断结果为是，则判断修正次数是否小于2。
S7，当S6中的修正次数小于2时，当前转子位置角度=上一次的位置角度+根据当前转速在一个周期内预估角度变化量赋值给当前转子位置角度。
S8，将当前转子位置角度赋值给上一次电角度变量。
S9，对前后两次转子电角度求差值，并进行滑动平均值处理；滑动平均值处理过程为：将每一次前后两次的差值作为数据，通过累积前后两次的差值，获得N个数据，将N个数据排成一个队列，队列的长度固定为N，每次累积得到新的数据并放到队尾，并舍弃原来队首的一个数据，把队列中的N个数据的值相加并除以N。
S10，对坐标变换矢量角进行计算，坐标变换矢量角=当前电角度变化量+上一次电角度+零位置偏差角度。
若S5的判断结果为否，则进入步骤S11进行角度修正次数变量清零，清零结束后进入步骤S8。若S6的判断结果为否，则进入步骤S12，读取位置传感器角度值，且转换为电角度，并完成角度修正次数清零，清零结束后进入步骤S8。
所述转子零位置标定包括以下步骤：
S13，以电角度60°的梯度给定电压矢量，锁定相应的转子位置，并分别计算出位置传感器与d轴的零位置偏差，总共完成极对数个电周期的测试，累加零位置偏差，并求平均值，且赋值给零位偏差变量，所述d轴为励磁轴。
S14，在电流模式下给定d轴电流，使电机空载运行。
S15，判断电机空载运行的转速是否达到设定的转速范围内；S15中，设定的转速范围为1000rpm-2000rpm。
S16，当电机空载运行转速达到设定的转速范围内时，给定d轴和q轴电流id=0、iq=0，使电机转速下降，所述q轴为扭矩轴。
S17，当空载转速在下降的过程中，计算转子位置对齐角度θ_align=ATAN（Ud，Uq），并记录θ_align的值，其中Ud表示d轴电压，Uq表示q轴电压；其中，是通过Ud、Uq的反正切值算出计算转子位置对齐角度θ_align=ATAN（Ud， Uq）。
S18，累积θ_align值M次，并对其进行平均值处理；M为100。
S19，判断θ_align值是否在±2°内。
S20，当θ_align值在±2°范围内时，将S13锁定的零位偏差赋值给相应变量，并存储到内存，为坐标变换矢量角计算提供零位偏差值。
通过上述发明提出的方法，可实现永磁同步电机转子位置的抗干扰处理，并进行实时修正，可保证系统的正常运行，提升了系统的稳定性。该发明还可完成电机转子零位置偏差的自学习和有效性判断，保证了转子零位置偏差的准确性，在电机测试和量产阶段均可有效实施。通过上述发明，可保证矢量控制系统转子位置获取的准确性和抗干扰能力，尤其是在新能源汽车高压、高速化发展趋势，在这种强耦合的干扰环境下，有效提升了电驱系统的抗干扰能力和鲁棒性。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，更不是限制本发明的保护范围；尽管参照前述各实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，包括转子位置滤波及坐标变换矢量角计算和转子零位置标定；其中：
所述转子位置滤波及坐标变换矢量角计算，用于对转子位置进行滤波处理，并完成矢量控制系统的坐标变换矢量角计算；
转子零位置标定，用于永磁同步电机转子与传感器零位偏差标定，对获取的转子位置进行补偿。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，转子位置滤波及坐标变换矢量角计算包括以下步骤：
S1，获取电机转子位置传感器信号，并转换为电角度；
S2，计算转子位置前后两次电角度差；
S3，在一个采样周期内，判断前后两次电角度差△θ是否超出当前转速对应的角度；
S4，当前后两次电角度差△θ超出限制值时，计算出角度误差值，并置位角度修正标志位为1；
S5，判断角度修正标志位是否置位；
S6，若S5的判断结果为是，则判断修正次数是否小于2；
S7，当S6中的修正次数小于2时，当前转子位置角度=上一次的位置角度+根据当前转速在一个周期内预估角度变化量赋值给当前转子位置角度；
S8，将当前转子位置角度赋值给上一次电角度变量；
S9，对前后两次转子电角度求差值，并进行滑动平均值处理；
S10，对坐标变换矢量角进行计算，坐标变换矢量角=当前电角度变化量+上一次电角度+零位置偏差角度。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，若S5的判断结果为否，则进入步骤S11进行角度修正次数变量清零，清零结束后进入步骤S8。
4.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，若S6的判断结果为否，则进入步骤S12，读取位置传感器角度值，且转换为电角度，并完成角度修正次数清零，清零结束后进入步骤S8。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，转子零位置标定包括以下步骤：
S13，以电角度60°的梯度给定电压矢量，锁定相应的转子位置，并分别计算出位置传感器与d轴的零位置偏差，总共完成极对数个电周期的测试，累加零位置偏差，并求平均值，且赋值给零位偏差变量，所述d轴为励磁轴；
S14，在电流模式下给定d轴电流，使电机空载运行；
S15，判断电机空载运行的转速是否达到设定的转速范围内；
S16，当电机空载运行转速达到设定的转速范围内时，给定d轴和q轴电流id=0、iq=0，使电机转速下降，所述q轴为扭矩轴；
S17，当空载转速在下降的过程中，计算转子位置对齐角度θ_align=ATAN（Ud， Uq），并记录θ_align的值，其中Ud表示d轴电压，Uq表示q轴电压；
S18，累积θ_align值M次，并对其进行平均值处理；
S19，判断θ_align值是否在±2°内；
S20，当θ_align值在±2°范围内时，将S13锁定的零位偏差赋值给相应变量，并存储到内存，为坐标变换矢量角计算提供零位偏差值。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，S15中，设定的转速范围为1000rpm-2000rpm。
7.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子位置滤波及零位标定方法，其特征在于，S18中，M为100。
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