电机动子磁极初始位置辩识系统及方法技术方案

技术编号:18403226 阅读:48 留言:0更新日期:2018-07-08 21:48
本发明专利技术提供了一种电机动子磁极初始位置辩识方法及系统,所述方法包括以下步骤:根据所述电机的电机参数计算第一电压幅值;将所述第一电压幅值分别与多个位于同一电周期的电压相位角组成多个第一电压矢量后,分别注入所述电机的线圈,并分别采样所述电机的线圈获得多个第一电流响应峰值;根据所述多个第一电流响应峰值获得多个磁极辩识位置,并从所述多个磁极辩识位置中选择一个作为动子磁极初始位置。本发明专利技术通过将同一电周期内多个幅值相同、相位角不同的电压矢量注入电机的线圈,并根据响应电流计算获得动子磁极初始位置,可大大提高磁极辨识精度和可靠性。

Identification system and method for initial position of moving magnet pole of motor

The present invention provides an initial position identification method and system for an electric motor pole magnetic pole. The method comprises the following steps: calculating the amplitude value of the first voltage according to the motor parameters of the motor, and adding the amplitude value of the first voltage to a plurality of first voltage vectors at the voltage phase angle at the same electric cycle, respectively, and respectively. The coils of the motor are entered, and the coils of the motor are sampled to obtain a plurality of first current response peaks; a plurality of magnetic pole identification positions are obtained according to the peaks of the multiple first current response, and one of the initial position of the moving magnetic pole is selected from the plurality of magnetic pole identification positions. By injecting the voltage vectors with the same amplitude and different phase angles in the same electric cycle, the initial position of the moving sub magnetic pole is obtained according to the response current, which can greatly improve the accuracy and reliability of the magnetic pole identification.

【技术实现步骤摘要】
电机动子磁极初始位置辩识系统及方法
本专利技术涉及电机控制领域,更具体地说,涉及一种电机动子磁极初始位置辩识系统及方法。
技术介绍
直驱直线电机(DirectDriverLine,DDL),是一种将电能直接转化为直线运动机械能,而无需其他任何转换机构的装置。根据结构形态,直驱直线电机既可以为“动初级”,又可以成“动次级”,通常将可动部件成为“动子”,固定部件称为“定子”。直驱直线电机具有推力强、损耗低、时间常数小、响应快等特点,同时,省去了传统旋转电机实现直线运动所必须的中间传动环节,使得伺服性能和加工效率大大提高。实际应用中,直驱直线电机一般采用增量型光栅尺作为位置反馈元件,并且,为了实现对直驱直线电机的矢量控制,必须获得动子初始位置信息。一旦初始位置信息辨识结果有误,会造成无法启动,甚至反向运行飞车。而由于直驱直线电机特有的直线直驱运动方式,飞车带来的影响远比旋转运动恶劣。目前一般采用微动法、预定位法和信号注入法等获取动子初始位置信息。预定位法通过直接向直驱直线电机施加既定位置的电流空间矢量,并不断加大矢量幅值,使动子在电磁力的作用下发生位移并被约束于施加矢量的空间位置。预定位法虽然简单,但是存在以下两个问题:(1)磁极辨识过程中运动距离偏大,最大为二分之一极距(N-S),一般为厘米级别;(2)无法在所有应用场合有效区分施加矢量的既定位置和与既定位置偏离180°电角度位置(例如,施加矢量既定位置为0°,而动子初始位置恰好处于180°电角度处时,预定位法无法区分),易造成反向运行飞车。微动法在一定程度上改善了预定位法的上述不足,其通过尝试施加不同位置的电流空间矢量,并根据编码器反馈信息估计动子初始位置,不断迭代,直至控制坐标系收敛到动子初始位置。微动法的辨识过程中,运动距离一般为mm级别,但是逻辑复杂。同时,在摩擦力较大、负载较大等场合,微动法的辨识过程容易受到干扰,也就是抗扰性和鲁棒性不好。另外,微动法不适用于使用垂直轴的场合的应用。信号注入法分为脉冲电压注入法和高频电压注入法,其中脉冲电压注入法,为向电机绕组注入特定的脉冲电压串,根据响应电流特征,确认磁极位置;高频电压注入法,提供的激励信号为高频正弦形态,根据高频电流响应二次项提取磁极位置。但电压注入法存在注入电压的幅值选择问题,幅值过大容易引起电机振动;幅值过小,电流响应信噪比低,而滤波会引入信号延迟或者信号失真,容易造成磁极误判。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于,针对上述直驱电机初始位置辩识存在误判、控制逻辑复杂的问题,提供一种新的电机动子磁极初始位置辩识系统及方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是,提供一种电机动子磁极初始位置辩识方法,包括以下步骤:根据所述电机的电机参数计算第一电压幅值;将所述第一电压幅值分别与多个位于同一电周期的电压相位角组成多个第一电压矢量后,分别注入所述电机的线圈,并分别采样所述电机的线圈获得多个第一电流响应峰值;根据所述多个第一电流响应峰值获得多个磁极辩识位置,并从所述多个磁极辩识位置中选择一个作为动子磁极初始位置。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,所述根据所述电机的电机参数计算第一电压幅值包括:(a1)将第一尝试电压矢量注入到所述电机的线圈,并采样所述电机的线圈获得第二电流响应峰值,所述第一尝试电压矢量的相位角为零;(a2)在所述第二电流响应峰值的幅值未达到第一预设值时调整所述第一尝试电压矢量的幅值,并返回步骤(a1),否则根据所述电机参数和第二电流响应峰值计算获得第一电压幅值。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,所述第一电压幅值U通过以下计算式(1)计算获得:其中,ud为第一电压的d轴分量,uq为第一电压的q轴分量,id为第二电流响应峰值的d轴分量,iq为第二电流响应峰值的q轴分量,Rs为所述电机电路的等效电阻,Ld为所述电机电路在d轴方向的等效电感,Lq为所述电机电路在q轴方向的等效电感,τ为所述电机的极距,v为所述电机的动子运行速度,Ψq为所述电机电路在q轴的磁通分量,Ψd为所述电机电路在d轴的磁通分量。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,将电机额定电流幅值的20%~30%作为第二电流响应峰值的幅值代入计算式(1),并将计算获得的第一电压幅值U作为第一尝试电压矢量的幅值的初始值。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,所述根据所述多个第一电流响应峰值获得多个磁极辩识位置包括:对所述多个第一电流响应峰值进行曲线拟合获得d轴电流拟合曲线和q轴电流拟合曲线;将所述d轴电流拟合曲线的最大值位置以及所述q轴电流拟合曲线的零点位置分别作为磁极辩识位置。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,对所述多个第一电流响应峰值进行曲线拟合时,采用三参数正弦曲线函数对测量向量进行拟合。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,所述从所述多个磁极辩识位置中选择一个作为动子磁极初始位置包括:将具有第二电压幅值且方向相反的两个电压矢量注入所述电机的线圈,并采样获得两个第三电流响应峰值;将两个第三电流响应峰值中绝对值较大的一个对应的相位角作为控制坐标系的d轴辩识位置;将所述d轴辩识位置对应的一个磁极辨识位置作为动子磁极初始位置。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,所述第二电压幅值通过以下步骤获得:(b1)将第二尝试电压矢量注入到所述电机的线圈,并采样所述电机的线圈获得第四电流响应峰值,所述第二尝试电压矢量的相位角为所述d轴电流拟合曲线的最大值位置处的d轴位置;(b2)在所述第四电流响应峰值的幅值未达到第二预设值时调整所述第二尝试电压矢量,并返回步骤(b1),否则根据所述电机参数和第四电流响应峰值计算获得第二电压幅值,所述第二预设值为额定电流幅值的90%~100%。在本专利技术所述的电机动子磁极初始位置辩识方法中,将所述第一电压幅值与多个位于同一电周期的电压相位角组成多个第一电压矢量,分别注入所述电机的线圈时,将相位角相差180°的两个第一电压矢量为一组依次注入所述电机的线圈。本专利技术还提供一种电机动子磁极初始位置辩识系统,包括存储单元和处理器,所述存储单元中存储有供所述处理器处理的指令以实现如上所述的电机动子磁极初始位置辩识方法。本专利技术的电机动子磁极初始位置辩识系统及方法,通过将同一电周期内多个幅值相同、相位角不同的电压矢量注入电机的线圈,并根据响应电流计算获得动子磁极初始位置,可大大提高磁极辨识精度和可靠性。同时,本专利技术不受负载、摩擦和重力影响,辨识过程中动子动作在10um级别,满足静态磁极辨识的应用需求。附图说明图1是本专利技术电机动子磁极初始位置辩识方法实施例的流程示意图;图2是本专利技术电机动子磁极初始位置辩识方法中,将第一电压矢量注入电机的线圈实施例的示意图;图3是本专利技术电机动子磁极初始位置辩识方法中第二电流响应峰值曲线与d轴、q轴电流拟合曲线的示意图。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仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。如图1所示,是本专利技术电机动子磁极初始位置辩识方法实施例的流程示意图,该方法可用于电机的动子的磁极初始位置辩识,可大大提高磁极初始位置辩识本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电机动子磁极初始位置辩识方法,其特征在于,包括以下步骤:根据电机的电机参数计算第一电压幅值;将所述第一电压幅值分别与多个位于同一电周期的电压相位角组成多个第一电压矢量后,分别注入所述电机的线圈,并分别采样所述电机的线圈获得多个第一电流响应峰值;根据所述多个第一电流响应峰值获得多个磁极辩识位置,并从所述多个磁极辩识位置中选择一个作为动子磁极初始位置。

【技术特征摘要】
1.一种电机动子磁极初始位置辩识方法,其特征在于,包括以下步骤:根据电机的电机参数计算第一电压幅值;将所述第一电压幅值分别与多个位于同一电周期的电压相位角组成多个第一电压矢量后,分别注入所述电机的线圈,并分别采样所述电机的线圈获得多个第一电流响应峰值;根据所述多个第一电流响应峰值获得多个磁极辩识位置,并从所述多个磁极辩识位置中选择一个作为动子磁极初始位置。2.根据权利要求1所述的电机动子磁极初始位置辩识方法,其特征在于,所述根据所述电机的电机参数计算第一电压幅值包括:(a1)将第一尝试电压矢量注入到所述电机的线圈,并采样所述电机的线圈获得第二电流响应峰值,所述第一尝试电压矢量的相位角为零;(a2)在所述第二电流响应峰值的幅值未达到第一预设值时调整所述第一尝试电压矢量的幅值,并返回步骤(a1),否则根据所述电机参数和第二电流响应峰值计算获得第一电压幅值。3.根据权利要求2所述的电机动子磁极初始位置辩识方法,其特征在于,所述第一电压幅值U通过以下计算式(1)计算获得:其中,ud为第一电压的d轴分量,uq为第一电压的q轴分量,id为第二电流响应峰值的d轴分量,iq为第二电流响应峰值的q轴分量,Rs为电机电路的等效电阻,Ld为所述电机电路在d轴方向的等效电感,Lq为所述电机电路在q轴方向的等效电感,τ为所述电机的极距,v为所述电机的动子运行速度,Ψq为所述电机电路在q轴的磁通分量,Ψd为所述电机电路在d轴的磁通分量。4.根据权利要求3所述的电机动子磁极初始位置辩识方法,其特征在于,将电机额定电流幅值的20%~30%作为第二电流响应峰值的幅值代入计算式(1),并将计算获得的第一电压幅值U作为第一尝试电压矢量的幅值的初始值。5.根据权利要求1所述的电机动子磁极初始位置辩识方法,其特征在于,所述根据所述多个第一电流响应峰值获得多个磁极辩识位置包括:对所述多个第一电流响应峰...

【专利技术属性】
技术研发人员:李海瑞
申请(专利权)人:苏州汇川技术有限公司
类型:发明
国别省市:江苏,32

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