一種永磁同步電機轉子初始位置定位的方法技術

本發明專利技術公開了一種永磁同步電機轉子初始位置定位的方法，首先采用方波驅動的方式和霍爾元件檢測的轉子位置信息啟動電機，隨后進入正弦波驅動并對電機極對數進行定位。本發明專利技術的轉子初始位置定位方法可以實現電機從啟動到運轉的全自動，不需要外力或人工啟動，同時方法簡單，精確度高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種永磁同步電機轉子初始位置定位新方法，方法簡單，精度高。
技術介紹
永磁同步電機功率密度高，效率高，動態響應快，定位精確，這些優點使得永磁同步電機作為交流伺服電機在位置伺服控制系統中已經日益受到廣泛的重視和應用。在位置伺服控制系統中，永磁同步電機轉子位置角是很重要的控制信息，沒有位置角就難以確定定子繞組的控制狀態，電機就可能發生速度振蕩甚至失步，更談不上實現高精度位置伺服控制。然而，由于轉子存在永磁，磁極在轉速為O時的位置是隨機不確定的，除了旋轉變壓器和絕對式光電編碼器等位置傳感器能夠確定轉子初始位置角外，就是增量式光電編碼盤這樣高精度的位置傳感器也不能判斷轉子靜止時的位置角，因此永磁同 步電機初始轉子位置角的確定是十分關鍵的。永磁同步電機轉子初始位置角的確定通常使用脈沖電壓注入法。定子繞組輸入脈沖電壓產生固定位置的定子電樞磁場，從而強迫轉子永磁磁極與定子磁場對齊，實現整步。這類方法適用于空載或輕載情況下轉子初始位置的校正。但是，對于增量碼盤這樣的位置傳感器，測得的轉子位置為相對位置，得不到其絕對位置。常用的方法是在驅動電機之前用手動的方法轉動電機，使增量碼盤找到零位脈沖信號，然后清零脈沖數，使增量碼盤的零位對應電機的零位。這種使用手動轉動電機的方法，依賴于人工協助，無法實現電機控制的全自動。因此，研究如何使用控制器而非手動的方法實現永磁同步電機轉子初始位置定位以及如何提聞定位精度具有重要的意義。
技術實現思路
有鑒于現有技術的上述缺陷，本專利技術實施例提供一種簡單而高精度的永磁同步電機轉子初始位置定位方法，以解決現有技術的問題。一種永磁同步電機轉子初始位置定位方法，包括以下步驟—、使用方波驅動和霍爾元件反饋的轉子位置信息啟動電機首先根據外部模擬量輸入轉速指令給定值以及轉向要求確定轉速指令再利用轉子位置傳感器霍爾元件檢測到的轉子位置信號變化估算出轉子實際轉速ω，并得到轉速誤差信號Λ ω = ωΓ-ω ；然后利用轉速PI調節器計算電流參考指令值^ ;同時采樣電流值I ;接著計算電流誤差信號ΛΙ = 1「1，利用電流PI調節確定功率開關器件導通的占空比；最后根據霍爾元件信號以及指令電流產生轉矩的正負確定定子繞組控制邏輯，輸出相應的PWM波形，使得轉子按照控制的要求運行；電機啟動之后，電機側的增量碼盤找到零位脈沖信號后，記錄下此時的脈沖數；隨后清零脈沖數，使增量碼盤的零位對應電機的零位；二、進入正弦波驅動并對電機極對數進行定位在正弦波驅動控制器中，給定定子靜止兩相坐標系統中的電壓指令信號的Ua為一恒定值、U0為零，此時電機將自動旋轉到某一極的邊緣，并在此邊緣上鎖緊不動，即強迫轉子永磁磁極與定子磁場對齊，實現整步；得到此時增量碼盤的脈沖數MO，由此得到電機每個磁極轉動范圍內的脈沖數范圍，然后將脈沖數轉換成機械角度，得到電機每個磁極轉動范圍內的機械角度范圍，完成了初始位置定位。優選地，在所述進入正弦波驅動并對電機極對數進行定位的步驟中，當得到轉子位置傳感器測得的碼盤脈沖數時，轉換成機械角度，根據轉子初始位置定位得到的極對數定位即可確定此位置屬于電機的哪一磁極范圍內；然后將此機械角度減去此磁極范圍內初始位置的機械角度，再乘以極對數，即得到此時轉子位置的電角度，此電角度可用于永磁同步電機的矢量控制中，進行正弦波驅動。本專利技術還提供了一種永磁同步電機伺服驅動系統，包括永磁同步電機、霍爾元件、增量碼盤、制動器、旋轉變壓器和正弦波驅動控制器；其中，所述霍爾元件用于電機轉子初始定位時檢測電機的位置信息，所述碼盤用于正弦波驅動時檢測電機的位置信息和速度信 息，所述制動器用于電機定位時的鎖緊，所述旋轉變壓器用于檢測所述伺服驅動系統的位置信息；其中，所述永磁同步電機的轉子初始位置定位過程被配置為包括以下步驟一、采用方波驅動的方式和霍爾元件檢測的轉子位置信息啟動電機；二、進入正弦波驅動并對電機極對數進行定位。本專利技術的轉子初始位置定位方法可以實現電機從啟動到運轉的全自動，不需要外力或人工啟動，同時方法簡單，精確度高，這種定位方法在電機控制中具有以下有益效果I.本專利技術方法簡單，電機運行平穩；2.電機轉子初始位置定位精度高。附圖說明圖I是永磁同步電機的正弦波驅動結構框圖。圖2是電機轉子初始位置定位流程圖。圖3是正弦波驅動中反饋的碼盤脈沖值轉換為電角度流程圖。具體實施例方式圖I是根據本專利技術的永磁同步電機伺服驅動系統結構框圖，伺服驅動系統由永磁同步電機、霍爾元件，增量碼盤，制動器，旋轉變壓器和正弦波驅動控制器組成。其中霍爾元件用于電機轉子初始定位時檢測電機的位置信息；碼盤用于正弦波驅動時檢測電機的位置信息和速度信息；制動器用于電機定位時的鎖緊；旋轉變壓器用于檢測伺服驅動系統的位置信息。假設所用永磁同步電機為N對極，增量碼盤為M線，倍頻數為k。電機轉子初始位置定位包括兩個步驟，第一，采用方波驅動的方式和霍爾元件檢測的轉子位置信息啟動電機；第二，電機極對數定位。電機轉子初始位置定位具體流程圖如圖2所示首先，將電機使用方波驅動的方式啟動起來，此時使用的轉子位置傳感器為霍爾元件。方波驅動流程如下根據外部模擬量輸入轉速指令給定值以及轉向要求確定轉速指令再利用轉子位置傳感器霍爾元件檢測到的轉子位置信號變化估算出轉子實際轉速ω，并得到轉速誤差信號Λ ω = ωΓ-ω ;然后利用轉速PI調節器計算電流參考指令值同時采樣電流值I ;接著計算電流誤差信號ΛΙ = 1「1，利用電流PI調節確定功率開關器件導通的占空比；最后根據霍爾元件信號以及指令電流產生轉矩的正負確定定子繞組控制邏輯，輸出相應的PWM波形，使得轉子按照控制的要求運行。電機啟動起來之后，電機側的碼盤找到零位脈沖信號(Z脈沖信號)后，記錄下此時的脈沖數。清零脈沖數，使碼盤的零位對應電機的零位，此時，增量碼盤可以當作絕對位置傳感器使用。然后進入正弦波驅動，對電機極對數進行定位。在傳統的電機極對數定位中，采用閉環控制的方法，即給定q軸電流為一恒定值，d軸電流id為0，電角度0^為-90°。通過電流傳感器反饋的電流信號，計算出q軸和d軸的電流誤差，通過電流環電流調節器，使電機旋轉到某一極邊緣，鎖緊不動。在本專利技術中，提出了更加簡單和可靠的開環控制的方法。根據定子電壓在轉子dqO坐標系統中的方程和反Park變換矩陣，如下式所示，由給定q軸電流i,為一恒定值，d軸電流id為0，電角度Θ為-90°可以推導出給定電壓指令信號Ua為一恒定值，Ue為O。 由= N，id = 0，θ = -90°，電機角速度ω = 0，經由下式可得Ud = O, Uq =(Rs+pXLq) XN0 Rs, p, Ltl均為常數。可知，Ud為O, Utl為一!'亙定常數,設為Niq權利要求1.一種永磁同步電機轉子初始位置定位方法，其特征在于，包括以下步驟 一、使用方波驅動和霍爾元件反饋的轉子位置信息啟動電機首先根據外部模擬量輸入轉速指令給定值以及轉向要求確定轉速指令ωρ再利用轉子位置傳感器霍爾元件檢測到的轉子位置信號變化估算出轉子實際轉速ω，并得到轉速誤差信號Λ ω = ωΓ-ω ;然后利用轉速PI調節器計算電流參考指令值^ ;同時采樣電流值I ;接著計算電流誤差信號ΔΙ = 1「1，利用電流PI調節確定功率開關器件導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種永磁同步電機轉子初始位置定位方法，其特征在于，包括以下步驟：一、使用方波驅動和霍爾元件反饋的轉子位置信息啟動電機：首先根據外部模擬量輸入轉速指令給定值以及轉向要求確定轉速指令ωr，再利用轉子位置傳感器霍爾元件檢測到的轉子位置信號變化估算出轉子實際轉速ω，并得到轉速誤差信號Δω＝ωr？ω；然后利用轉速PI調節器計算電流參考指令值Ir；同時采樣電流值I；接著計算電流誤差信號ΔI＝Ir？I，利用電流PI調節確定功率開關器件導通的占空比；最后根據霍爾元件信號以及指令電流產生轉矩的正負確定定子繞組控制邏輯，輸出相應的PWM波形，使得轉子按照控制的要求運行；電機啟動之后，電機側的增量碼盤找到零位脈沖信號后，記錄下此時的脈沖數；隨后清零脈沖數，使增量碼盤的零位對應電機的零位；二、進入正弦波驅動并對電機極對數進行定位：在正弦波驅動控制器中，給定定子靜止兩相坐標系統中的電壓指令信號的uα為一恒定值、uβ為零，此時電機將自動旋轉到某一極的邊緣，并在此邊緣上鎖緊不動，即強迫轉子永磁磁極與定子磁場對齊，實現整步；得到此時增量碼盤的脈沖數M0，由此得到電機每個磁極轉動范圍內的脈沖數范圍，然后將脈沖數轉換成機械角度，得到電機每個磁極轉動范圍內的機械角度范圍，完成了初始位置定位。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣志宏，李丹鳳，黃強，李輝，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：