永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法和标定方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法，包括定义永磁同步电机转子旋转一周有P个物理零角度、正转方向和反转方向；计算电机每个物理零角度位置转子正转和反转的电流矢量给定；通过电机加载正转和反转的电流矢量，获得每个物理零角度位置正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度；测定电机正反转负载，加权计算消除每个物理零角度位置的正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度误差，获得每个物理零角度转子位置传感器零角度。本发明专利技术还公开了一种永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法。本发明专利技术能避免负载带来的误差获得更准确的转子位置传感器零角度，以及更准确标定转子位置传感器零角度。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法和标定方法
本专利技术涉及汽车领域，特别是涉及一种永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法。本专利技术还涉及一种利用所述永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法的永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法。
技术介绍
根据磁场定向控制(FOC)算法，永磁同步电机(在以下描述中，所有涉及的“电机”均指“永磁同步电机”)的控制参数(如：电压、电流、电感)从三相静止UVW坐标系转换到直交dq坐标系后，会引入如图1所示的电机转子电气角度θ。该角度θ通常由转子位置传感器(在以下描述中，所有涉及的“传感器”均指“转子位置传感器”反馈获得。一个成品电机转子电气角度θ的零角度与传感器反馈的电气角度的零角度存在一个常量的夹角这个夹角被称之为电机传感器零角度或者电机传感器初始角度。通常，电机传感器零角度由电机生产商提供或者产品制造商自行标定后固化在控制器的代码或电可擦可编程只读存储器(EEPROM)中。一般地，产品制造商自行标定是通过给定电机一个指向电气角度为零度(θ＝0°)的电流矢量Is，电流矢量Is在q轴的电流分量Iq形成电磁转矩。转子会在电磁转矩的作用下顺时针,如图2a所示；或，逆时针,如图2b所示，旋转至q轴电流分量为零处Iq＝0锁定，即电气角度为零θ＝0°,如图2c所示。此时，读取传感器角度标记为零角度本专利称该方法为电流矢量标定法。公式(1)中，Te为电磁转矩，KT为转矩常数，TL为负载转矩，B为摩擦阻尼系数，ω为转子角速度。当转子锁定时，为保证电气角度(θ)逼近0°，要求电机负载转矩(TL)尽可能的小，即电流矢量标定法要求电机空载。随着机械自动化产品的低成本、高集成度、高可靠性发展，负载、电机、控制器不再以单体的形式组装，而是机械负载、电机、控制器一体式封装。如图3所示，电机转子磁钢安装在机械负载旋转轴上作为电机转子，定子线圈绕组与机壳融为一体，电机传感器的转子部分安装在机械负载旋转轴上，传感器的定子部分集成于控制器。对于这类一体式封装的产品，电机传感器零角度标定必须待产品整体组装完成才能进行。此时，电机相线已与控制器连接。结合图2和公式(1)可知，由于机械负载的存在，采用常规的电流矢量标定方法会引入较大的标定误差，影响电机控制性能，不能满足产品需求。因此，解决电机负载导致的电机传感器零角度标定结果误差较大问题，以及节约产品生产成本，开发一种带负载的电机传感器零角度自动计算方法和一种标定方法，对于一体式封装的产品就显得非常重要，并且意义重大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题提供一种能避免电机负载导致转子位置传感器零角度计算误差的永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法。本专利技术要解决的另一技术问题提供一种更准确的永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法。为解决上述技术问题，本专利技术永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法，包括以下步骤：1)定义永磁同步电机转子旋转一周有P个物理零角度，每个物理零角度对应一个转子位置传感器零角度，P为自然数；定义永磁同步电机角度变化0°至360°为正转，电机角度变化360°至0°为反转，P是正整数；2)计算永磁同步电机每个物理零角度位置转子正转和反转的电流矢量给定；3)通过永磁同步电机加载步骤2)正转和反转的电流矢量，获得每个物理零角度位置正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度；4)测定永磁同步电机正反转负载，加权计算消除每个物理零角度位置的正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度误差，获得每个物理零角度转子位置传感器零角度。其中，电流矢量(Is_x)模长为电机额定相电流的有效值(Irms)，每个电流矢量通过以下公式计算获得；其中，k为电流变化速率，t为电流作用时间。其中，实施步骤4)采用以下方式：测定永磁同步电机正反转负载分别为T1和T2，则传感器零角度可由公式(3)计算得出：是第P个物理零角度对应的转子位置传感器零角度，是永磁同步电机正转至第P个物理零角度对应的转子位置传感器零角度，是永磁同步电机反转至第P个物理零角度所对应的转子位置传感器零角度。本专利技术提供一种利用上述任意一项所述永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法的永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法，若实际电机转子锁定角度步长不等于给定步长，则判断该标定异常。进一步改进，若标定异常则异常计数器计数加1，当异常计数器大于第一诊断阈值(TH1)时，判断转子位置传感器零角度标定失败。进一步改进，当转子锁定在物理零角度时，若采样的转子位置传感器零角度波动大于第二诊断阈值(TH2)，则判断转子位置传感器零角度采样波动异常。若判断转子位置传感器零角度采样波动异常，当前物理零角度位置的转子位置传感器零角度采样被舍弃，舍弃计数器加1，当舍弃计数器大于第三诊断阈值(TH3)时，则转子位置传感器零角度标定失败，若采样的转子位置传感器零角度波动小于第二诊断阈值(TH2)，则记录该物理上的转子位置传感器角度采样结果。进一步改进，若所有物理零角度位置转子正转和反转的电流矢量全部输出完毕后，若检测到则判断当前物理零角度位置的转子位置传感器零角度采样异常，该采样结果被舍弃。若当前物理零角度位置的转子位置传感器零角度采样异常，该采样结果被舍弃，则舍弃计数器加1，当舍弃计数器大于第四诊断阈值(TH4)时，则转子位置传感器零角度标定失败。进一步改进，若舍弃计数器小于第四诊断阈值(TH4)时，则根据公式(3)计算每个物理零角度位置的转子位置传感器零角度值判断所有物理零角度位置的转子位置传感器零角度是否全部舍弃，若全部被舍弃，则转子位置传感器零角度标定失败；若存在至少两个有效物理零角度位置的转子位置传感器零角度，将所有每个物理零角度的转子位置传感器零角度排序，判断转子位置传感器零角度最大值与最小值是否大于第五诊断阈值(TH5)，若大于第五诊断阈值(TH5)则标定失败，若小于第五诊断阈值(TH5)则标定成功；若只存在一个有效物理零角度位置的转子位置传感器零角度，则就将该仅存转子位置传感器零角度作为该永磁同步电机转子位置传感器零角度，标定成功。进一步改进，存在至少两个有效物理零角度位置的转子位置传感器零角度时，若标定成功，计算获得该永磁同步电机转子位置传感器零角度根据磁场定向控制(FOC)算法，永磁同步电机转子磁极对数为P，那么，转子旋转一周就有P个电角度周期，即转子物理上有P个传感器零角度这些零角度是相等的，并且等分转子机械圆周。本专利技术通过控制器给定永磁同步电机一系列电流矢量，分别获取电机每个物理零角度上的正反转两个位置传感器零角度值。在获取的过程中，结合相应标定诊断策略，确保正反转的两个传感器零角度值正确有效。最后，引入电机负载，以加权计算的方式消除标定误差，得出最终的传感器零角度值。由图2可知，欲将电机转子锁定在某个角度(x°)，只需给定指向该角度(x°)的电流矢量(Is_x)即可。在本专利技术中，由于电机存在负载，所有转子物理上的传感器零角度都需要标定。那么，转子物理上的传感器零角度与传感器零角度之间就需要一系列指向非零角度的电流矢量来过渡。这一系列电流矢量的角度是连续递增或递减变化(递增步长是变步长的)，使电机转子转动，进而从当前物理零角度位置转至下一个物理上的零角度位置。本专利技术定义本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)定义永磁同步电机转子旋转一周有P个物理零角度，每个物理零角度对应一个转子位置传感器零角度，P为自然数；定义永磁同步电机角度变化0°至360°为正转，电机角度变化360°至0°为反转，P是正整数；2)计算永磁同步电机每个物理零角度位置转子正转和反转的电流矢量给定；3)通过永磁同步电机加载步骤2)正转和反转的电流矢量，获得每个物理零角度位置正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度；4)测定永磁同步电机正反转负载，加权计算消除每个物理零角度位置的正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度误差，获得每个物理零角度转子位置传感器零角度。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)定义永磁同步电机转子旋转一周有P个物理零角度，每个物理零角度对应一个转子位置传感器零角度，P为自然数；定义永磁同步电机角度变化0°至360°为正转，电机角度变化360°至0°为反转，P是正整数；2)计算永磁同步电机每个物理零角度位置转子正转和反转的电流矢量给定；3)通过永磁同步电机加载步骤2)正转和反转的电流矢量，获得每个物理零角度位置正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度；4)测定永磁同步电机正反转负载，加权计算消除每个物理零角度位置的正转转子位置传感器零角度和反转转子位置传感器零角度误差，获得每个物理零角度转子位置传感器零角度。2.如权利要求1所述永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法，其特征在于：电流矢量(Is_x)模长为电机额定相电流的有效值(Irms)，每个电流矢量通过以下公式计算获得；其中，k为电流变化速率，t为电流作用时间。3.如权利要求2所述永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法，其特征在于：实施步骤4)采用以下方式：测定永磁同步电机正反转负载分别为T1和T2，则传感器零角度可由公式(3)计算得出：是第P个物理零角度对应的转子位置传感器零角度，是永磁同步电机正转至第P个物理零角度对应的转子位置传感器零角度，是永磁同步电机反转至第P个物理零角度所对应的转子位置传感器零角度。4.一种利用权利要求1-3任意一项所述永磁同步电机转子位置传感器零角度计算方法的永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法，其特征在于：若实际电机转子锁定角度步长不等于给定步长，则判断该标定异常。5.如权利要求4所述永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法，其特征在于：若标定异常则异常计数器计数加1，当异常计数器大于第一诊断阈值(TH1)时，判断转子位置传感器零角度标定失败。6.如权利要求4所述永磁同步电机转子位置传感器零角度标定方法，其特征在于：当转子锁定在物理零角度时，若采样的转子位置传感器零角度波动大于第二诊断阈值(TH...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖志锋，芦勇，罗来军，杜春洋，罗毅，王军，曹晨军，张善，
申请(专利权)人：联创汽车电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31