CN115913043A - 一种永磁同步电机转子初始位置检测方法与装置 - Google Patents

一种永磁同步电机转子初始位置检测方法与装置 Download PDF

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CN115913043A CN202211742334.7A CN202211742334A CN115913043A CN 115913043 A CN115913043 A CN 115913043A CN 202211742334 A CN202211742334 A CN 202211742334A CN 115913043 A CN115913043 A CN 115913043A
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谭国俊
吴翔
李超
李凯
刘海宁
凌臧
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China Mining Drives and Automation Co Ltd
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China Mining Drives and Automation Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子初始位置检测方法及装置，该方法包括：以转子初始位置检测开始时刻为计时的起点，进行计时；根据计时时间和转子初始位置检测的首次计算值，并生成五个脉冲电压；根据生成的五脉冲电压计算出功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；驱动脉冲控制逆变器以输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算。本发明只需要注入五个脉冲电压，即可实现转子初始位置的高精度检测，并且无需利用转子微动法判断转子永磁体N极方向，既可应用安装位置传感器的场合也可应用于未安装位置传感器的场合。

Description

一种永磁同步电机转子初始位置检测方法与装置
技术领域
本发明属于永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机转子初始位置检测方法与装置。
背景技术
永磁同步电机具有功率密度大、调速性能优、效率高等优势，在电动汽车、工业传动、机器人、新能源发电等场合得到广泛应用。
永磁同步电机转子由永磁体材料构成，在启动阶段，必须获取转子上永磁体N极的方向，即永磁同步电机的转子初始位置。如果转子初始位置获取不准确，会导致永磁同步电机反转、启动转矩降低、启动失败等问题。
脉冲电压注入是永磁同步电机转子初始位置检测的有效方法之一，通过在定子侧注入不同方向的电压空间矢量，根据电流响应特征可实现转子初始位置的检测。在现有技术中，申请号为201510916273.5的发明专利通过设定50-100个假定转子位置并利用SVPWM方法向定子侧注入50-100个脉冲电压，依据假定坐标系下的d轴电流响应完成转子初始位置检测。为提高转子初始位置精度，申请号为201711470614.6的发明专利设定了23个假定转子位置并向定子侧注入23个脉冲电压，依据假定坐标系下的d轴和q轴电流响应完成转子初始位置检测。申请号为202210584850.5的发明专利利用注入两个脉冲所产生的第一流响应来计算转子初始位置，未考虑电机饱和效应引起电感参数变化引起的精度降低问题，且需要采用转子微动法判断转子永磁体N极方向，但对于未安装转子位置传感器的场合，无法测量转子位置判断其微动的方向，因此只适合于安装转子位置传感器的场合。
虽然上述方法能够实现转子初始位置的检测，但是要么需要注入的脉冲数较多，存在检测时间长和噪音大的问题，要么只适合于安装转子位置传感器的场合。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种永磁同步电机转子初始位置检测装置与方法，以解决上述技术问题。
本发明按以下技术方案实现：
本发明提供了一种永磁同步电机转子初始位置检测方法，所述方法包括：
以转子初始位置检测开始时刻为计时的起点，进行计时；
根据计时时间和转子初始位置检测的首次计算值，并生成五个脉冲电压；
根据生成的五脉冲电压计算出功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；
驱动脉冲控制逆变器以输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；
采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；
根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算；所述假定角度根据计时时间和转子初始位置的首次计算值产生。
在一种实施方式中，所述根据计时时间和转子初始位置的首次计算值，生成五个脉冲电压，具体包括：
根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值θ0产生假定角度θ；
通过假定角度θ生成α轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000021
和β轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000022
在一种实施方式中，根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值θ0产生假定角度θ，具体为：
当0≤t＜T0时，θ为30度；
当T0≤t＜2T0时，θ为150度；
当2T0≤t＜3T0时，θ为270度；
当3T0≤t＜4T0时，θ为θ0；
当4T0≤t＜5T0时，θ为θ1，其中θ1计算公式如下：
Figure BDA0004031528530000023
其中，T0为脉冲电压注入周期，一般不超过5ms。
在一种实施方式中，所述通过假定角度θ生成α轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000024
和β轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000025
具体为：
当0≤t＜T1时，
Figure BDA0004031528530000026
为um cos(θ)，
Figure BDA0004031528530000027
为umsin(θ)；
当T1≤t＜T0时，
Figure BDA0004031528530000028
为0，
Figure BDA0004031528530000029
为0；
当T0≤t＜(T0+T1)时，
Figure BDA0004031528530000031
为umcos(θ)，
Figure BDA0004031528530000032
为um sin(θ)；
当(T0+T1)≤t＜2T0时，
Figure BDA0004031528530000033
为0，
Figure BDA0004031528530000034
为0；
当2T0≤t＜(2T0+T1)时，
Figure BDA0004031528530000035
为umcos(θ)，
Figure BDA0004031528530000036
为umsin(θ)；
当(2T0+T1)≤t＜3T0时，
Figure BDA0004031528530000037
为0，
Figure BDA0004031528530000038
为0；
当3T0≤t＜(3T0+T1)时，
Figure BDA0004031528530000039
为umcos(θ)，
Figure BDA00040315285300000310
为um sin(θ)；
当(3T0+T1)≤t＜4T0时，
Figure BDA00040315285300000311
为0，
Figure BDA00040315285300000312
为0；
当4T0≤t＜(4T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300000313
为umcos(θ)，
Figure BDA00040315285300000314
为umsin(θ)；
当(4T0+T1)≤t＜5T0时，
Figure BDA00040315285300000315
为0，
Figure BDA00040315285300000316
为0。
其中，T1表示脉冲电压注入的时间，T1为T0的20％-50％，um为注入电压的幅值。
在一种实施方式中，所述用于根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算，具体包括：
根据三相电流ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure BDA00040315285300000317
和假定q轴电流
Figure BDA00040315285300000318
根据前3个注入的脉冲电压产生的电流响应，并引入中间变量θm用来计算转子初始位置的首次计算值θ0；
在转子初始位置的首次计算值θ0计算完成后，完成剩下2个脉冲电压的生成；
脉冲电压的生成完成后进行转子初始位置的计算。
在一种实施方式中，所述根据三相电流ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure BDA00040315285300000319
和假定q轴电流
Figure BDA00040315285300000320
具体为：
Figure BDA00040315285300000321
当0≤t＜T0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000322
的最大值，记作Id1，当
Figure BDA00040315285300000323
小于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000041
的最小值，记作Iq1，而当
Figure BDA0004031528530000042
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000043
的最大值，记作Iq1；
当T0≤t＜2T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000044
的最大值，记作Id2，当
Figure BDA0004031528530000045
小于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000046
的最小值，记作Iq2，而当
Figure BDA0004031528530000047
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000048
的最大值，记作Iq2；
当2T0≤t＜3T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000049
的最大值，记作Id3，当
Figure BDA00040315285300000410
小于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000411
的最小值，记作Iq3，而当
Figure BDA00040315285300000412
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000413
的最大值，记作Iq3。
在一种实施方式中，所述根据前3个注入的脉冲电压产生的电流响应，并引入中间变量θm用来计算转子初始位置的首次计算值θ0；具体为：
当t＝3T0时，引入中间变量θm计算θ0，其计算过程如下：
如果Iq1与Iq2的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA00040315285300000414
如果Iq1与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA00040315285300000415
如果Iq2与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA00040315285300000416
其中，atan2为反正切函数；
获取θm后，θ0按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000051
在一种实施方式中，所脉冲电压的生成完成进行转子初始位置的计算，具体为：
当3T0≤t＜4T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000052
的最大值，记作Id4；
当4T0≤t＜5T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000053
的最大值，记作Id5；
在当t＝5T0时，按照以下方法计算转子初始位置：
当Id4大于Id5，则转子初始位置θe0的计算公式如下：
θe0＝θ0
否则，转子初始位置θe0的计算公式如下：
θe0＝θ1。
本发明还提供了一种永磁同步电机转子初始位置检测装置，该装置包括：
时钟单元，用来计时且计时的起点为转子初始位置检测开始时刻；
五脉冲电压生成单元，用于产生假定角度，并根据时钟单元输出的时间t与转子初始位置计算单元输出转子初始位置的首次计算值，产生五个脉冲电压；
SVPWM单元，用于根据五脉冲电压计算出逆变器功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；
逆变器单元，用于根据接收的驱动脉冲，输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；
电流采样单元，用于采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；
转子初始位置计算单元，用于根据三相电流以及五脉冲电压生成单元产生的假定角度进行转子初始位置计算。
在一种实施方式中，所述时钟单元可以使用数字处理芯片的定时器中断功能来实现。
本发明有益效果：
本发明只需要注入五个脉冲电压，即可实现转子初始位置的高精度检测，并且有效克服了现有技术定位时间长和噪音大的问题。本发明利用注入的前三个脉冲假定q轴电流响应的符号来选取其中两个脉冲的电流响应完成转子初始位置的首次计算，能够有效解决电机饱和效应引起的精度降低问题。此外，本发明无需利用转子微动法判断转子永磁体N极方向，既可应用安装位置传感器的场合也可应用于未安装位置传感器的场合。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明一实施例提供的一种永磁同步电机转子初始位置检测方法流程图；
图2为本发明一实施例提供的一种永磁同步电机转子初始位置检测装置结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的实验结果图；
图4为本发明一实施例提供的转子初始位置计算误差统计图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
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，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为一个实施例中提供的本发明提供一种永磁同步电机转子初始位置检测方法流程图，所述方法具体包括以下步骤：
步骤100：以转子初始位置检测开始时刻为计时的起点，进行计时；
步骤200：根据计时时间和转子初始位置检测的首次计算值，并生成五个脉冲电压；
本申请实施例中，所述根据计时时间和转子初始位置的首次计算值，生成五个脉冲电压，具体包括：
根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值θ0产生假定角度θ；
通过假定角度θ生成α轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000071
和β轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000072
进一步，根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值产生假定角度，具体为：
当0≤t＜T0时，θ为30度；当T0≤t＜2T0时，θ为150度；当2T0≤t＜3T0时，θ为270度；当3T0≤t＜4T0时，θ为θ0；当4T0≤t＜5T0时，θ为θ1，其中θ1计算公式如下：
Figure BDA0004031528530000073
其中，T0为脉冲电压注入周期，一般不超过5ms。
进一步，所述通过假定角度θ生成α轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000074
和β轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000075
具体为：
当0≤t＜T1时，
Figure BDA0004031528530000076
为um cos(θ)，
Figure BDA0004031528530000077
为um sin(θ)；当T1≤t＜T0时，
Figure BDA0004031528530000078
为0，
Figure BDA0004031528530000079
为0；当T0≤t＜(T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300000710
为umcos(θ)，
Figure BDA00040315285300000711
为um sin(θ)；当(T0+T1)≤t＜2T0时，
Figure BDA00040315285300000712
为0，
Figure BDA00040315285300000713
为0；当2T0≤t＜(2T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300000714
为um cos(θ)，
Figure BDA00040315285300000715
为um sin(θ)；当(2T0+T1)≤t＜3T0时，
Figure BDA00040315285300000716
为0，
Figure BDA00040315285300000717
为0；当3T0≤t＜(3T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300000718
为um cos(θ)，
Figure BDA00040315285300000719
为um sin(θ)；当(3T0+T1)≤t＜4T0时，
Figure BDA00040315285300000720
为0，
Figure BDA00040315285300000721
为0；当4T0≤t＜(4T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300000722
为um cos(θ)，
Figure BDA00040315285300000723
为um sin(θ)；当(4T0+T1)≤t＜5T0时，
Figure BDA00040315285300000724
为0，
Figure BDA00040315285300000725
为0。
其中，T1表示脉冲电压注入的时间，T1为T0的20％-50％，um为注入电压的幅值。
步骤300：根据生成的五脉冲电压计算出功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；
步骤400：驱动脉冲控制逆变器以输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；
步骤500：采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；
步骤600：根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算；所述假定角度根据计时时间和转子初始位置的首次计算值产生。
本申请实施例中，用于根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算，具体包括：
步骤610：根据三相电流ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure BDA0004031528530000081
和假定q轴电流
Figure BDA0004031528530000082
进一步，根据三相电流ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure BDA0004031528530000083
和假定q轴电流
Figure BDA0004031528530000084
具体为：
Figure BDA0004031528530000085
当0≤t＜T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000086
的最大值，记作Id1，当
Figure BDA0004031528530000087
小于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000088
的最小值，记作Iq1，而当
Figure BDA0004031528530000089
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000810
的最大值，记作Iq1；
当T0≤t＜2T0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000811
的最大值，记作Id2，当
Figure BDA00040315285300000812
小于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000813
的最小值，记作Iq2，而当
Figure BDA00040315285300000814
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000815
的最大值，记作Iq2；
当2T0≤t＜3T0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000816
的最大值，记作Id3，当
Figure BDA00040315285300000817
小于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000818
的最小值，记作Iq3，而当
Figure BDA00040315285300000819
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300000820
的最大值，记作Iq3。
步骤620：根据前3个注入的脉冲电压产生的电流响应，并引入中间变量θm用来计算转子初始位置的首次计算值θ0；
进一步，引入中间变量θm用来计算转子初始位置的首次计算值θ0，具体为：
当t＝3T0时，引入中间变量θm计算θ0，其计算过程如下：
如果Iq1与Iq2的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA00040315285300000821
如果Iq1与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000091
如果Iq2与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000092
其中，atan2为反正切函数；
获取θm后，θ0按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000093
步骤630：在转子初始位置的首次计算值θ0计算完成后，完成剩下2个脉冲电压的生成；
步骤640：脉冲电压的生成完成后进行转子初始位置的计算。
进一步，脉冲电压的生成完成进行转子初始位置的计算，具体为：
当3T0≤t＜4T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000094
的最大值，记作Id4；
当4T0≤t＜5T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000095
的最大值，记作Id5；
在当t＝5T0时，按照以下方法计算转子初始位置：
当Id4大于Id5，则转子初始位置θe0的计算公式如下：
θe0＝θ0
否则，转子初始位置θe0的计算公式如下：
θe0＝θ1。
图2为一个实施例中提供的本发明提供一种永磁同步电机转子初始位置检测装置结构示意图，所述装置包括：时钟单元1、五脉冲电压生成单元2、SVPWM单元3、逆变器单元4、永磁同步电机5、电流采样单元6及转子初始位置计算单元7。其中，
时钟单元，用来计时且计时的起点为转子初始位置检测开始时刻；
五脉冲电压生成单元，用于产生假定角度，并根据时钟单元输出的时间t与转子初始位置计算单元输出的转子初始位置的首次计算值，产生五个脉冲电压；
SVPWM单元，用于根据五脉冲电压计算出逆变器功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；
逆变器单元，用于根据接收的驱动脉冲，输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；
电流采样单元，用于采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；
转子初始位置计算单元，用于根据三相电流以及五脉冲电压生成单元产生的假定角度进行转子初始位置计算。
进一步，时钟单元1用来计时，作为一种特例，可以使用数字处理芯片的定时器中断功能来实现，其输出为时间t，且计时的起点为转子初始位置检测开始时刻。
进一步，五脉冲电压生成单元2根据时钟单元1输出的时间t与转子初始位置计算单元输出的转子初始位置的首次计算值θ0，来产生五个脉冲电压，过程如下：
第一步：根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值θ0产生假定角度θ。当0≤t＜T0时，θ为30度；当T0≤t＜2T0时，θ为150度；当2T0≤t＜3T0时，θ为270度；当3T0≤t＜4T0时，θ为θ0；当4T0≤t＜5T0时，θ为θ1，其中θ1计算公式如下：
Figure BDA0004031528530000101
其中T0为脉冲电压注入周期，一般不超过5ms。
第二步，根据假定角度θ并按照以下方法生成α轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000102
和β轴电压参考值
Figure BDA0004031528530000103
当0≤t＜T1时，
Figure BDA0004031528530000111
为um cos(θ)，
Figure BDA0004031528530000112
为um sin(θ)；当T1≤t＜T0时，
Figure BDA0004031528530000113
为0，
Figure BDA0004031528530000114
为0；当T0≤t＜(T0+T1)时，
Figure BDA0004031528530000115
为um cos(θ)，
Figure BDA0004031528530000116
为um sin(θ)；当(T0+T1)≤t＜2T0时，
Figure BDA0004031528530000117
为0，
Figure BDA0004031528530000118
为0；当2T0≤t＜(2T0+T1)时，
Figure BDA0004031528530000119
为um cos(θ)，
Figure BDA00040315285300001110
为umsin(θ)；当(2T0+T1)≤t＜3T0时，
Figure BDA00040315285300001111
为0，
Figure BDA00040315285300001112
为0；当3T0≤t＜(3T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300001113
为um cos(θ)，
Figure BDA00040315285300001114
为um sin(θ)；当(3T0+T1)≤t＜4T0时，
Figure BDA00040315285300001115
为0，
Figure BDA00040315285300001116
为0；当4T0≤t＜(4T0+T1)时，
Figure BDA00040315285300001117
为umcos(θ)，
Figure BDA00040315285300001118
为umsin(θ)；当(4T0+T1)≤t＜5T0时，
Figure BDA00040315285300001119
为0，
Figure BDA00040315285300001120
为0。
其中，T1表示脉冲电压注入的时间，一般选择为T0的20％-50％，um为注入电压的幅值。
SVPWM单元3根据五脉冲电压生成单元2输出的
Figure BDA00040315285300001121
和
Figure BDA00040315285300001122
计算逆变器三相六个功率器件的开通和关断时刻，并据此产生驱动脉冲。
逆变器4接收SVPWM单元3输出的驱动脉冲，从而输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机5的定子侧。
电流采样单元6采集永磁同步电机5的定子侧的a相电流ia、b相电流ib与c相电流ic。
转子初始位置计算单元7根据电流采样单元6输出的ia、ib与ic以及五脉冲电压生成单元2产生的假定角度θ进行转子初始位置计算，过程如下：
根据ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure BDA00040315285300001123
和假定q轴电流
Figure BDA00040315285300001124
Figure BDA00040315285300001125
当0≤t＜T0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300001126
的最大值，记作Id1，当
Figure BDA00040315285300001127
小于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300001128
的最小值，记作Iq1，而当
Figure BDA00040315285300001129
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300001130
的最大值，记作Iq1；当T0≤t＜2T0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300001131
的最大值，记作Id2，当
Figure BDA00040315285300001132
小于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300001133
的最小值，记作Iq2，而当
Figure BDA00040315285300001134
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA00040315285300001135
的最大值，记作Iq2；当2T0≤t＜3T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000121
的最大值，记作Id3，当
Figure BDA0004031528530000122
小于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000123
的最小值，记作Iq3，而当
Figure BDA0004031528530000124
大于或者等于0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000125
的最大值，记作Iq3。
当t＝3T0时，为了计算θ0引入中间变量θm，其计算过程如下：
如果Iq1与Iq2的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000126
如果Iq1与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000127
如果Iq2与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000128
其中atan2为反正切函数。
再获取θm后，θ0按照下式计算：
Figure BDA0004031528530000129
在θ0计算完成后，将其输入给五脉冲电压生成单元2，完成剩下2个脉冲电压的生成，且根据以下方法完成转子初始位置的计算：
当3T0≤t＜4T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000131
的最大值，记作Id4；当4T0≤t＜5T0时，计算此时段
Figure BDA0004031528530000132
的最大值，记作Id5。
在当t＝5T0时，按照以下方法计算转子初始位置：
当Id4大于Id5，则转子初始位置(θe0)的计算公式如下：
θe0＝θ0
否则，转子初始位置(θe0)的计算公式如下：
θe0＝θ1。
作为本发明的一具体实施例，在1台630kW的永磁同步电机实验平台上进行实验测试，其中时钟单元1由型号为TMSF320F28377D的数字处理芯片构成；五脉冲电压生成单元2中的T0设置为4ms，T1设置为1ms，um设置为372V；逆变器4为1台额定功率为1200kW的三电平逆变器，直流母线电压约为1600V；永磁同步电机5的额定电压为1140V且额定功率为630kW，实验中其实际的转子初始位置设置为80度；电流采样单元6由霍尔电流传感器和TMSF320F28377D的数字处理芯片模数转换模块构成。图3给出了实验结果，包括注入五脉冲电压所对应的逆变器输出线电压波形、a相电流波形、b相电流波形与c相电流波形，根据采集的三相电流参数计算后得到的转子初始位置为81.5度，与实际转子初始位置偏差仅为1.5度，说明本发明能够实现对转子初始位置的高精度计算。进一步，将永磁同步电机5的实际转子初始位置在0-360范围内任意选取12种情况进行测试，每种情况采用本发明进行10次初始位置检测并统计所计算的转子位置误差的平均值，将统计结果绘制在图4中，可见本发明能够实现对转子初始位置的高精度计算，最大计算误差不超过3度。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述方法包括：
以转子初始位置检测开始时刻为计时的起点，进行计时；
根据计时时间和转子初始位置检测的首次计算值，并生成五个脉冲电压；
根据生成的五脉冲电压计算出功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；
驱动脉冲控制逆变器以输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；
采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；
根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算；所述假定角度根据计时时间和转子初始位置的首次计算值产生。
2.根据权利要求1永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述根据计时时间和转子初始位置的首次计算值，生成五个脉冲电压，具体包括：
根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值θ0产生假定角度θ；
通过假定角度θ生成α轴电压参考值
Figure FDA0004031528520000011
和β轴电压参考值
Figure FDA0004031528520000012
3.根据权利要求2永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：根据计时时间t和转子初始位置的首次计算值θ0产生假定角度θ，具体为：
当0≤t＜T0时，θ为30度；
当T0≤t＜2T0时，θ为150度；
当2T0≤t＜3T0时，θ为270度；
当3T0≤t＜4T0时，θ为θ0；
当4T0≤t＜5T0时，θ为θ1，其中θ1计算公式如下：
Figure FDA0004031528520000013
其中，T0为脉冲电压注入周期，一般不超过5ms。
4.根据权利要求3永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述通过假定角度θ生成α轴电压参考值
Figure FDA0004031528520000014
和β轴电压参考值
Figure FDA0004031528520000015
具体为：
当0≤t＜T1时，
Figure FDA0004031528520000016
为umcos(θ)，
Figure FDA0004031528520000017
为umsin(θ)；
当T1≤t＜T0时，
Figure FDA0004031528520000018
为0，
Figure FDA0004031528520000019
为0；
当T0≤t＜(T0+T1)时，
Figure FDA0004031528520000021
为umcos(θ)，
Figure FDA0004031528520000022
为umsin(θ)；
当(T0+T1)≤t＜2T0时，
Figure FDA0004031528520000023
为0，
Figure FDA0004031528520000024
为0；
当2T0≤t＜(2T0+T1)时，
Figure FDA0004031528520000025
为umcos(θ)，
Figure FDA0004031528520000026
为umsin(θ)；
当(2T0+T1)≤t＜3T0时，
Figure FDA0004031528520000027
为0，
Figure FDA0004031528520000028
为0；
当3T0≤t＜(3T0+T1)时，
Figure FDA0004031528520000029
为umcos(θ)，
Figure FDA00040315285200000210
为umsin(θ)；
当(3T0+T1)≤t＜4T0时，
Figure FDA00040315285200000211
为0，
Figure FDA00040315285200000212
为0；
当4T0≤t＜(4T0+T1)时，
Figure FDA00040315285200000213
为umcos(θ)，
Figure FDA00040315285200000214
为umsin(θ)；
当(4T0+T1)≤t＜5T0时，
Figure FDA00040315285200000215
为0，
Figure FDA00040315285200000216
为0。
其中，T1表示脉冲电压注入的时间，T1为T0的20％-50％，um为注入电压的幅值。
5.根据权利要求1或4永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述根据采集的三相电流以及假定角度进行转子初始位置计算，具体包括：
根据三相电流ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure FDA00040315285200000217
和假定q轴电流
Figure FDA00040315285200000218
根据前3个注入的脉冲电压产生的电流响应，并引入中间变量θm用来计算转子初始位置的首次计算值θ0；
在转子初始位置的首次计算值θ0计算完成后，完成剩下2个脉冲电压的生成；
脉冲电压的生成完成后进行转子初始位置的计算。
6.根据权利要求5永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述根据三相电流ia、ib与ic计算假定d轴电流
Figure FDA00040315285200000219
和假定q轴电流
Figure FDA00040315285200000220
具体为：
Figure FDA00040315285200000221
当0≤t＜T0时，计算此时段
Figure FDA00040315285200000222
的最大值，记作Id1，当
Figure FDA00040315285200000223
小于0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000031
的最小值，记作Iq1，而当
Figure FDA0004031528520000032
大于或者等于0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000033
的最大值，记作Iq1；
当T0≤t＜2T0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000034
的最大值，记作Id2，当
Figure FDA0004031528520000035
小于0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000036
的最小值，记作Iq2，而当
Figure FDA0004031528520000037
大于或者等于0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000038
的最大值，记作Iq2；
当2T0≤t＜3T0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000039
的最大值，记作Id3，当
Figure FDA00040315285200000310
小于0时，计算此时段
Figure FDA00040315285200000311
的最小值，记作Iq3，而当
Figure FDA00040315285200000312
大于或者等于0时，计算此时段
Figure FDA00040315285200000313
的最大值，记作Iq3。
7.根据权利要求6永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述根据前3个注入的脉冲电压产生的电流响应，并引入中间变量θm用来计算转子初始位置的首次计算值θ0；具体为：
当t＝3T0时，引入中间变量θm计算θ0，其计算过程如下：
如果Iq1与Iq2的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure FDA00040315285200000314
如果Iq1与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure FDA00040315285200000315
如果Iq2与Iq3的乘积大于0，则θm按照下式计算：
Figure FDA00040315285200000316
其中，atan2为反正切函数；
获取θm后，θ0按照下式计算：
Figure FDA0004031528520000041
8.根据权利要求7永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所脉冲电压的生成完成后进行转子初始位置的计算，具体为：
当3T0≤t＜4T0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000042
的最大值，记作Id4；
当4T0≤t＜5T0时，计算此时段
Figure FDA0004031528520000043
的最大值，记作Id5；
在当t＝5T0时，按照以下方法计算转子初始位置：
当Id4大于Id5，则转子初始位置θe0的计算公式如下：
θe0＝θ0
否则，转子初始位置θe0的计算公式如下：
θe0＝θ1。
9.一种永磁同步电机转子初始位置检测装置，其特征在于：该装置包括：
时钟单元，用来计时且计时的起点为转子初始位置检测开始时刻；
五脉冲电压生成单元，用于产生假定角度，并根据时钟单元输出的时间t与转子初始位置计算单元输出的转子初始位置的首次计算值，产生五个脉冲电压；
SVPWM单元，用于根据五脉冲电压计算出逆变器功率器件的开通和关断时刻，并产生驱动脉冲；
逆变器单元，用于根据接收的驱动脉冲，输出特定频率和幅值的电压，并施加在永磁同步电机的定子侧；
电流采样单元，用于采集永磁同步电机的定子侧的三相电流；
转子初始位置计算单元，用于根据三相电流以及五脉冲电压生成单元产生的假定角度进行转子初始位置计算。
10.根据权利要求1永磁同步电机转子初始位置检测方法，其特征在于：所述时钟单元可以使用数字处理芯片的定时器中断功能来实现。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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