永磁同步电机的电角度旋向和初始值辨识方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机的电角度初始角度和旋向的辨识方法及系统，首先通过算法得到转子磁链角度的估计值，然后输出角度为转子磁链角度估计值的定子电流，接着确定转子磁链角度的估计值与转子磁链角度的真实值的位置关系，并依靠得到的位置关系，得到一个更准确的转子磁链角度的估计值，反复执行以上步骤数次，转子磁链角度的估计值将与转子磁链角度的真实值重合，该磁链角度估计值与编码器反馈的转子角度之差值即为电角度的初始值，最后，利用电角度旋向辨识算法，辨识电角度旋向与编码器反馈的旋向的相对关系，若两者的关系不正确，反转旋向关系并重启辨识过程。本发明专利技术能在电角度旋向不正确，或在执行辨识的过程中转子受到了不可预期的扰动时，自动适应并完成电角度旋向和初始角度的辨识。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机电角度初始值和旋向的辨识方法及系统。
技术介绍
随着科学技术的发展，机器人、数控机床、航空航天、先进制造装备等领域对现代电伺服系统提出了越来越高的要求，而永磁同步电机伺服驱动技术因其体积小、能耗低、控制性能好，逐渐成为了电伺服系统的“主流”。电伺服系统精度对永磁同步电机的磁场定向要求很高，必须对永磁同步电机的磁场进行定向控制，才能使得电伺服系统具有高精度以适应实际需求。要实现永磁同步电机的磁场定向控制，就必须知道转子的电角度旋向和初始值。申请号为201310309619.6的专利文献中，公开了一种永磁同步电机初始角度辨识方法，该方法通过判断定子电流的角度和转子磁链角度的关系，使用二分法逐渐使定子电流的角度(简称为电角度)靠近转子磁链的角度。该方案无需编码器提供初始角度信息，即可控制永磁同步电机正常启动，且得到正确初始角时，转子所转动的幅度很小，可满足不同电机的启动需求。但是，上述专利文献所披露的技术方案中，其默认电角度旋转方向和电机的旋转方向是一致的，而实际上由于各厂家电机UVW三相线圈定义上的差异和编码器安装和接线上的不同，常常存在电机编码器反馈角度旋向与电角度旋向反向的情况。在这种情况下，该方案中的方法将不能收敛，使得电机将一直处于微震状态，不能获得电机的初始角度。另外，该方法在调零过程中，若电机轴受到了扰动而旋转了较大的角度，转子磁链角度搜索步长角将无法自动增大以适应转子磁链角度的变化，最终导致收敛速度较慢甚至无法收敛，从而无法准确获得电机的初始角度。
技术实现思路
针对上述现有技术的缺点和不足，本专利技术提供一种永磁同步电机电角度旋向和初始值的辨识方法及系统，其通过获得转子磁链角度的估计值并以此控制定子电流，进而使得转子磁链角度估计值与转子磁场角度的真实值逐渐重合，从而实现在电角度旋向不正确时或在执行辨识的过程中转子受到了不可预期的扰动后，自动适应并完成电角度初始角度和旋向的辨识。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方法，其包括：(1)设置转子磁链角度的初始估计值为零，并获得转子磁链角度的初始估计值；(2)输出角度为磁链角度估计值的定子电流，使得转子受该定子电流作用产生位移；(3)根据该位移确定转子磁链角度的估计值与转子磁链角度的真实值的位置关系，并依靠该位置关系，以一定的步长角进行转子磁链角度搜索，得到一个更准确的转子磁链角度的估计值；重复执行以上步骤(2)和(3)，直至转子保持静止一段时间且转子没有超过给定的位移范围限制，表明此时转子磁链角度的估计值与真实值重合，该磁链角度估计值与编码器反馈的转子角度之差值即为电角度的初始值。作为本专利技术的改进，所述转子磁链角度的估计值通过如下公式确定：θesti(n)＝θesti(n-1)-ro(n)θstep(n)其中，θesti(n)为转子磁链角度的估计值，θstep(n)为转子磁链角度搜索步长角，ro(n)为转子磁链角度的旋向，代表了上周期磁链角度的估计值和磁链角度的真实值的相对位置关系，n为搜索磁链角度的次数序号。作为本专利技术的改进，所述转子磁链角度搜索步长角θstep(n)具体为：其中，旋向ro(n)值为1代表旋转的方向为正向，值为-1代表旋转的方向为反向，为0代表未执行辨识操作。作为本专利技术的改进，若转子磁链角度搜索步长角θstep(n)＞20°，则令θstep(n)＝20°，若θstep(n)＜0.1°，则令θstep(n)＝0.1°。作为本专利技术的改进，所述电机转子的静止指在转子编码器单次移动的角度小于单次最大允许移动角度，而且定子电流为额定电流值且电机持续静止一定时间。作为本专利技术的改进，若所述转子编码器单次移动的角度Δθmech(n)大于单次最大允许移动角度，使电机停转，若direlecΔθmech(n)为正，则旋向r0(n)＝1，若direlecΔθmech(n)为负，则r0(n)＝-1，令n＝n+1，循环进行下一次的转子磁链角度搜索并进行辨识步骤，其中direlec为电流角度旋向标志位，值为1代表电角度旋向与编码器反馈旋向相同，值为-1代表电角度旋向与编码器反馈旋向相反。本专利技术中，每次进行磁链角度的搜索时，转子都是要移动一定距离的，需要保证转子每次尽可能旋转小的角度，即在搜索磁链角度的n次过程中，每次搜索的位移都要尽量小。本专利技术中，输出电流后，若电流一直存在，且转子磁链角度与输出的定子电流的角度差距较大时，电机转子将移动较大距离，所以需要在输出电流后，检测转子的移动角度，若角度超过一定值，则关断电流的输出，用这种方式保证电机转子每次只移动较小距离，又可以得到磁链角度的估计值与磁链角度的真实值的相对位置关系，依据这个位置的相对关系，计算更为精确的磁链角度估计值。按照本专利技术的另一方面，提供一种永磁同步电机的电角度初始值的辨识方法，其特征在于，该方法包括：依据磁链角度的估计值和磁链角度的真实值的相对位置关系，以一定的步长角进行转子磁链角度搜索，进而确定更准确的转子磁链角度的估计值；根据确定的所述更准确的转子磁链角度的估计值，输出角度为所述更准确的转子磁链角度估计值且大小逐渐变化至额定电流的定子电流，并检测转子受定子电流作用而产生的位移；若转子位移超过了设定的范围限制，则及时关断电流输出，确定磁链角度的估计值和磁链角度的真实值的相对位置关系，并重复上一步骤；若转子位移没有超过设定的范围限制，且转子保持静止一段时间，则代表此时所述转子磁链角度估计值与转子磁场角度重合，该磁链角度估计值与编码器反馈的转子角度之差值即为电角度的初始值。按照本专利技术的又一方面，提供一种永磁同步电机的电角度初始值的辨识系统，其特征在于，包括：磁链角度初始估计值获取模块，用于获取转子磁链角度的初始估计值；电流输出模块，用于输出角度为转子磁链角度估计值的定子电流，使得转子受该定子电流作用产生位移；磁链角度估计值精确计算模块，用于根据电流输出模块输出的定子电流产生的位移确定转子磁链角度的估计值与转子磁链角度的真实值的位置关系，并依靠该位置关系，以一定的步长角进行转子磁链角度搜索，得到一个更准确的转子磁链角度的估计值；电角度的初始角度计算模块，用于重复执行电流输出模块和磁链角度估计值精确计算模块，直至转子保持静止一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方法，其特征在于，该方法包括：(1)设置转子磁链角度的初始估计值为零，并获得转子磁链角度的初始估计值；(2)输出角度为磁链角度估计值的定子电流，使得转子受该定子电流作用产生位移；(3)根据该位移确定转子磁链角度的估计值与转子磁链角度的真实值的位置关系，并依靠该位置关系，以一定的步长角进行转子磁链角度搜索，得到一个更准确的转子磁链角度的估计值；重复执行以上步骤(2)和(3)，直至转子保持静止一段时间且转子没有超过给定的位移范围限制，表明此时转子磁链角度的估计值与真实值重合，该磁链角度估计值与编码器反馈的转子角度之差值即为电角度的初始值。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方法，其特征在于，该方法
包括：
(1)设置转子磁链角度的初始估计值为零，并获得转子磁链角度的初
始估计值；
(2)输出角度为磁链角度估计值的定子电流，使得转子受该定子电流
作用产生位移；
(3)根据该位移确定转子磁链角度的估计值与转子磁链角度的真实值
的位置关系，并依靠该位置关系，以一定的步长角进行转子磁链角度搜索，
得到一个更准确的转子磁链角度的估计值；
重复执行以上步骤(2)和(3)，直至转子保持静止一段时间且转子
没有超过给定的位移范围限制，表明此时转子磁链角度的估计值与真实值
重合，该磁链角度估计值与编码器反馈的转子角度之差值即为电角度的初
始值。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方法，
其中，所述转子磁链角度的估计值通过如下公式确定：
θesti(n)＝θesti(n-1)-ro(n)θstep(n)
其中，θesti(n)为转子磁链角度的估计值，θstep(n)为转子磁链角度搜索步
长角，ro(n)为转子磁链角度的旋向，代表了上周期磁链角度的估计值和磁
链角度的真实值的相对位置关系，n为搜索磁链角度的次数序号。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方
法，其中，所述转子磁链角度搜索步长角θstep(n)具体为：
其中，旋向ro(n)值为1代表旋转的方向为正向，值为-1代表旋转的方
向为反向，为0代表未执行辨识操作。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种永磁同步电机电角度的初始
值辨识方法，其中，若转子受定子电流作用产生的位移超过了给定的范围
限制，则及时关断电流输出，以保证电机转子每次只移动较小距离，并确
定磁链角度的估计值和真实值的相对位置关系。
5.一种永磁同步电机的电角度旋向和初始值的辨识方法，其特征在
于，该方法包括：
依据磁链角度的估计值和磁链角度的真实值的相对位置关系，以一定
的步长角进行转子磁链角度搜索，进而确定更准确的转子磁链角度的估计
值；
根据确定的所述更准确的转子磁链角度的估计值，输出角度为所述更
准确的转子磁链角度估计值且大小逐渐变化至额定电流的定子电流，检测
转子受定子电流作用而产生的位移；
若该位移超过了给定的范围，则关断电流输出，确定磁链角度的估计
值和磁链角度的真实值的相对位置关系，并重复上一步骤；
若位移没有超过给定的范围限制，且转子保持静止了一段时间，则代
表此时所述转子磁链角度估计值与转子磁场角度重合，此时磁链角度估计
值与编码器反馈的转子的角度的差值即为电角度的初始值。
6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方法，
其中，所述转子磁链角度的估计值通过如下公式确定：
θesti(n)＝θesti(n-1)-ro(n)θstep(n)

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝，徐健，李羲轮，郑世祺，陈天航，张航天，唐小琦，周向东，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42