一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置，该方法包括：输出dq坐标系的电压指令值；将所述电压指令值及反电势锁相单元输出的反电势方向角输入至脉宽调制单元，输出用于驱动逆变单元开关器件的PWM脉冲信号；将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量；计算三相输出量及所述反电势方向角；将所述PWM脉冲信号转换为强电电压以控制电机。该发明专利技术的有益效果为：快速而精确地锁定启动时电机反电势的大小和方向，可有效防止在电机未停稳的情况下使用开环控制启动电机所产生的巨大冲击电流，节省了硬件检测电路。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置
本专利技术涉及电机控制
，尤其涉及一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置。
技术介绍
永磁同步电机(PMSM)相比于异步电机具有效率高、体积小、动态响应快等优点，在很多工业场合正在取代异步电机的应用。永磁同步电机的控制技术目前有带编码器的闭环矢量控制(VC)、无编码器矢量控制(SLVC)、以及开环VF控制等；闭环矢量控制相比于后两者的优点是动态响应更快，稳态速度精度更高，缺点是需要增加编码器及转速反馈装置，设备成本高；目前多数工业场合对动态响应和稳态速度精度的要求并不高，所以无编码器的控制方式应用价值非常高。对于电机转子惯量较大的情况，驱动器在运行中突然切断输出的话(设备断电、驱动器出现故障、进入待机模式等情形)，电机需要经过较长的时间才能停止旋转。如果使用无编码器矢量控制(SLVC)或开环VF控制去启动正在旋转中的电机，需要先通过某种方法得到电机的反电动势大小及方向、旋转速度等信息，以提供驱动器运行的初始状态，避免较大的冲击电流。传统的方案是在驱动器的输出侧加装电压传感器，使用电压传感器来检测电机反电势的大小及方向，这不仅增加了系统的成本，也增加了驱动器对硬件测量精度的依赖，降低了系统的鲁棒性。即现有的开环控制(SLVC及VF等)方案如果直接启动旋转中的永磁同步电机，会产生非常大的启动电流，启动成功率低；如果增加反电动势检测电路以辅助启动又增加系统成本。
技术实现思路
针对上述现有技术中闭环矢量控制成本高、无编码器矢量控制(SLVC)或开环VF启动时产生非常大的启动电流，启动成功率低，对硬件测量精度的依赖，降低系统鲁棒性的问题，本专利技术提供一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面，构造一种永磁同步电机的开环控制启动方法，包括：藉由比例积分调节器依据3s/2r单元的两相输出量输出dq坐标系的电压指令值；将所述电压指令值及反电势锁相单元输出的反电势方向角输入至脉宽调制单元，所述脉宽调制单元依据伏秒等效原理输出用于驱动逆变单元开关器件的PWM脉冲信号；藉由所述3s/2r单元将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量；藉由所述反电势锁相单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出量及所述反电势方向角；藉由所述逆变单元将所述PWM脉冲信号转换为强电电压以控制电机。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，所述藉由比例积分调节器依据3s/2r单元的两相输出量输出dq坐标系的电压指令值，包括：计算所述比例积分调节器的输出值u(t)：其中，e(t)为给定减去反馈的差值，Kp为所述比例积分调节器的增益，τi为所述比例积分调节器的积分时间常数；所述比例积分调节器包括PI1调节器及PI2调节器，所述PI1调节器与所述PI2调节器的自适应调节规律为：Kp＝f(Is)其中，Is为3s/2r单元输出电流的幅值：id及iq为3s/2r单元的两相输出量的两相输出电流；所述比例积分调节器依据所述输出值u(t)输出dq坐标系的电压指令值及在本专利技术所述的开环控制启动方法中，所述藉由所述3s/2r单元将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量，包括：将所述三相输出量转换为iα及iβ：其中，iu、iv及iw为所述三相输出量的三相电流；计算两相旋转坐标系中的所述两相输出量：其中，θ为所述反电势锁相单元的反电动势方向角。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，所述藉由所述反电势锁相单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出量及所述反电势方向角，包括：藉由输出电压重构单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出电压Vu、Vv及Vw；藉由所述3s/2r单元将三相输出电压Vu、Vv及Vw转换为两相旋转坐标系内的Vd及Vq；藉由PI调节器消除估算的反电势与实际反电势方向的角度偏差；藉由所述反电势锁相单元依据前馈频率输出同步旋转频率ωe。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，所述藉由PI调节器消除估算的反电势与实际反电势方向的角度偏差，包括：当d轴方向落后于实际反电势方向时，藉由所述PI调节器提升所述d轴的旋转速度；当d轴方向超前于实际反电势方向时，藉由所述PI调节器降低所述d轴的旋转速度；当d轴方向与实际反电势方向重合时，则反电势相位锁定成功，且：Vq＝0Vd＝|emf|其中，|emf|为电机反电势的幅值，为估算的反电势方向角，θemf为实际的反电势方向角。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，依据停机时刻的转速获取所述前馈频率。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，还包括：执行零电流控制算法及反电势锁相算法以获取当前电流的大小及估算反电势的稳定程度，并保存所述反电势锁相单元追踪成功时刻的反电势幅值|emf|、实际的反电势方向角以及估算的同步旋转频率ωe。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，还包括：为ud、uq及θ赋初值：ud＝0其中，Ts为电流环的采样时间，ud及uq为dq坐标系的两相电压；θ为反电势方向角的初值。在本专利技术所述的开环控制启动方法中，所述藉由所述逆变单元将所述PWM脉冲信号转换为强电电压以控制电机中：若所述电机在启动时刻的转速小于预设值，则通过短接制动以使所述电机静止，并再次按照常规的启动方法启动所述电机。另一方面，提供一种永磁同步电机的开环控制启动装置，包括：比例积分调节器，用于依据3s/2r单元的两相输出量输出dq坐标系的电压指令值；脉宽调制单元，用于依据输入的所述电压指令值及反电势锁相单元输出的反电势方向角，并依据伏秒等效原理输出用于驱动逆变单元开关器件的PWM脉冲信号；所述3s/2r单元，用于将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量；所述反电势锁相单元，用于依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出量及所述反电势方向角；所述逆变单元，用于将所述PWM脉冲信号转换为强电电压以控制电机。上述公开的一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置具有以下有益效果：快速而精确地锁定启动时电机反电势的大小和方向，可有效防止在电机未停稳的情况下使用开环控制启动电机所产生的巨大冲击电流，这种低成本的无需电压检测装置的开环控制启动方法及系统，省去了现有方法的硬件检测电路。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的一种永磁同步电机的开环控制启动装置的结构框图；图2为本专利技术一实施例提供的3s/2r单元与反电势锁相单元的结构框图；图3为本专利技术一实施例提供的反电势相位角与各轴的角度示意图；图4为本专利技术一实施例提供的启动电机的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种永磁同步电机的开环控制启动方法及装置，其目的在于，快速而精确地锁定启动时电机反电势的大小和方向，可有效防止在电机未停稳的情况下使用开环控制启动电机所产生的巨大冲击电流，这种低成本的无需电压检测装置的开环控制启动方法及系统，省去了现有方法的硬件检测电路。本申请提供了一种低成本的无需反电动势检测装置的开环控制启动方法及装置。参见图1，图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机的开环控制启动方法，其特征在于，包括：藉由比例积分调节器依据3s/2r单元的两相输出量输出dq坐标系的电压指令值；将所述电压指令值及反电势锁相单元输出的反电势方向角输入至脉宽调制单元，所述脉宽调制单元依据伏秒等效原理输出用于驱动逆变单元开关器件的PWM脉冲信号；藉由所述3s/2r单元将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量；藉由所述反电势锁相单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出量及所述反电势方向角；藉由所述逆变单元将所述PWM脉冲信号转换为强电电压以控制电机。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的开环控制启动方法，其特征在于，包括：藉由比例积分调节器依据3s/2r单元的两相输出量输出dq坐标系的电压指令值；将所述电压指令值及反电势锁相单元输出的反电势方向角输入至脉宽调制单元，所述脉宽调制单元依据伏秒等效原理输出用于驱动逆变单元开关器件的PWM脉冲信号；藉由所述3s/2r单元将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量；藉由所述反电势锁相单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出量及所述反电势方向角；藉由所述逆变单元将所述PWM脉冲信号转换为强电电压以控制电机。2.根据权利要求1所述的开环控制启动方法，其特征在于，所述藉由比例积分调节器依据3s/2r单元的两相输出量输出dq坐标系的电压指令值，包括：计算所述比例积分调节器的输出值u(t)：其中，e(t)为给定减去反馈的差值，Kp为所述比例积分调节器的增益，τi为所述比例积分调节器的积分时间常数；所述比例积分调节器包括PI1调节器及PI2调节器，所述PI1调节器与所述PI2调节器的自适应调节规律为：Kp＝f(Is)其中，Is为3s/2r单元输出电流的幅值：id及iq为3s/2r单元的两相输出量的两相输出电流；所述比例积分调节器依据所述输出值u(t)输出dq坐标系的电压指令值及3.根据权利要求2所述的开环控制启动方法，其特征在于，所述藉由所述3s/2r单元将所述逆变单元输出的三相输出量转换为两相旋转坐标系中的所述两相输出量，包括：将所述三相输出量转换为iα及iβ：其中，iu、iv及iw为所述三相输出量的三相电流；计算两相旋转坐标系中的所述两相输出量：其中，θ为所述反电势锁相单元的反电动势方向角。4.根据权利要求1所述的开环控制启动方法，其特征在于，所述藉由所述反电势锁相单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出量及所述反电势方向角，包括：藉由输出电压重构单元依据所述逆变单元的开关器件状态及直流母线电压计算三相输出电压Vu、Vv及Vw；藉由所述3s/2r单元将三相输出电压Vu、Vv及Vw转换为两相旋转坐标系内的Vd及Vq；藉由PI...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊胜利，谢阳萍，杨志洵，
申请(专利权)人：深圳市正弦电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44