一种无位置传感器永磁同步电机起动方法技术

一种无位置传感器永磁同步电机起动方法，首先产生频率线性变化的方波电流信号，同时采集外部永磁同步电机输出的相电流信号，方波电流信号是以360度电角度为周期的周期性信号，包括A相、B相、C相，A相、B相、C相在每周期的正负半周期内均导通120°电角度且每周期任意时刻A相、B相、C相中均只有两相导通，而另外一相关断，然后对相电流信号、方波电流信号进行比例积分运算，得到运算结果后进行功率线性放大，最后将功率线性放大后的信号送至外部永磁同步电机，完成电机驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种无位置传感器永磁同步电机起动方法
本专利技术涉及永磁同步电机控制技术，特别是一种无位置传感器陀螺永磁同步电机起动方法。
技术介绍
因为体积限制，陀螺无法安装位置传感器，所以陀螺永磁电机基本均采用无传感器控制方法。“基于DSP和ML4428无刷直流陀螺电机锁相稳速控制的研究”(中国惯性技术学报第13卷第4期2005年8月)对无刷直流电机采用脉宽调制(PWM)方法进行驱动，其实现方式简单。然而陀螺永磁电机的定子大多采用无铁心结构，所以定子绕组电感通常会变得很小，当采用PWM驱动控制时，“无刷直流电机换相力矩波动抑制”(电机与控制学报第12卷第3期2008年5月)指出该方法本质上存在换相引起的转矩波动，这在某种程度上会影响电机的转速稳定性，因而难以满足高精度陀螺对电机极高转速平稳性的要求。根据电机工作原理，永磁同步电机的最佳驱动方式为正弦波驱动。在工业应用中，永磁同步电机正弦波驱动的实现方式绝大多数采用了空间矢量脉宽调制或正弦脉宽调制等数字方法，该方法优点是控制实现简单，缺点是会产生电流谐波，从而导致转矩波动，影响转速稳定性，因而难以满足陀螺这种高精密仪表对转速稳定性极高的要求，所以采用了正弦波线性驱动方案。针对永磁电机无传感器控制，现在常用且比较成熟的方法是反电势法，然而在电机转速较低时，反电势信号很弱而难以被利用，所以常采用开环加速的方法使电机加速到一定转速，然后利用反电势信号切入闭环控制。对于永磁同步电机正弦波驱动，“反电势算法的永磁同步电机无位置传感器自启动过程”(电机与控制学报第15卷第10期2011年10月)和“永磁同步电机无传感器控制及其启动策略”(电机与控制学报第19卷第10期2015年10月)在电机起动阶段均采用了与同步运行阶段相同的驱动控制方法，即空间矢量脉宽调制。但是对于正弦波线性驱动，在起动阶段电机电流一般较大，所以功率放大三极管因管压降而产生的损耗较大，进而导致三极管发热严重。目前尚未见有针对无位置传感器永磁同步电机正弦波线性控制，在起动阶段采取措施来减小驱动管功率损耗的方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无位置传感器永磁同步电机起动方法，解决了现有的永磁同步电机正弦波线性驱动技术中在起动阶段使用正弦波形式变频信号带来的功率管发热严重的问题，可以显著减小功率放大三极管的功率损耗，进而降低三极管的发热，延长驱动管寿命。本专利技术的技术解决方案是：一种无位置传感器永磁同步电机起动方法，包括如下步骤：(1)产生频率线性变化的方波电流信号，同时采集外部永磁同步电机输出的相电流信号；所述的方波电流信号是以360度电角度为周期的周期性信号，包括方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相，方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相在每周期的正负半周期内均导通120°电角度且每周期任意时刻方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相中均只有两相导通，而另外一相关断；所述的方波电流信号A相接外部永磁同步电机的A相绕组，方波电流信号B接外部永磁同步电机的B相绕组，方波电流信号C相接外部永磁同步电机的C相绕组，当方波电流信号A相不为0时，A相绕组导通，当方波电流信号B相不为0时，B相绕组导通，当方波电流信号C相不为0时，C相绕组导通；(2)对相电流信号、方波电流信号进行比例积分运算，得到运算结果后进行功率线性放大；(3)将功率线性放大后的信号送至外部永磁同步电机，完成电机驱动。所述的方波电流信号A相、方波电流信号B相在30°至90°电角度内控制外部永磁同步电机的A相绕组、B相绕组导通，在90°至150°电角度内方波电流信号A相、方波电流信号C相控制外部永磁同步电机的A相绕组、C相绕组导通，在150°至210°电角度内方波电流信号B相、方波电流信号C相控制外部永磁同步电机的B相绕组、C相绕组导通，在210°至270°电角度内方波电流信号B相、方波电流信号A相控制外部永磁同步电机的B相绕组、A相绕组导通，在270°至330°电角度内方波电流信号C相、方波电流信号A相控制外部永磁同步电机的C相绕组、A相绕组导通，在330°至30°电角度内方波电流信号C相、方波电流信号B相控制外部永磁同步电机的C相绕组、B相绕组导通。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术起动方法与现有技术相比，可以在永磁同步电机正弦波线性驱动中显著减小功率放大三极管的功率损耗，进而降低三极管的发热，延长驱动管寿命；(2)本专利技术起动方法与现有技术相比，不需更改正弦波线性驱动硬件电路，仅需要软件实现频率线性变化的方波电流信号，具有实现方便、成本低的优点。附图说明图1为本专利技术一种无位置传感器永磁同步电机起动方法对应的组成结构图；图2为本专利技术一种无位置传感器永磁同步电机起动方法中方波电流信号波形；图3为本专利技术一种无位置传感器永磁同步电机起动方法中方波驱动三相六拍工作模式换相顺序图；具体实施方式本专利技术针对现有技术的不足，提出一种无位置传感器永磁同步电机起动方法，解决了现有的永磁同步电机正弦波线性驱动技术中在起动阶段使用正弦波形式变频信号带来的功率管发热严重的问题，可以显著减小功率放大三极管的功率损耗，进而降低三极管的发热，延长驱动管寿命，下面结合附图对本专利技术方法进行详细说明。如图1所示为本专利技术一种无位置传感器永磁同步电机起动方法对应的组成结构图，本专利技术方法对应的控制系统包括电流环、永磁同步电机，电流环包括变频方波信号产生模块、电流控制器、功率线性放大电路和电流检测电路。变频方波信号产生模块，产生频率线性变化的方波电流信号，作为电流环的给定信号，其中，给定变频信号模块产生频率线性变化的方波信号的数字给定量，且在每个导通60度电角度的时间内给A相、B相、C相电流恒定的数字量，A相、B相、C相电流的数字给定量经过数模转换后产生频率线性变化的方波信号。电流检测电路，采集外部陀螺永磁同步电机输出的相电流信号并送至电流控制器。电流控制器，对相电流信号、变频方波信号产生模块产生的频率线性变化的方波电流信号进行比例积分运算，得到运算结果送至功率线性放大电路。功率线性放大电路，对电流控制器运算结果进行功率放大后送至外部陀螺永磁同步电机，完成电机驱动控制。如图2所示为一种无位置传感器永磁同步电机起动方法中方波电流信号波形，在正负半周期内电机定子三相电流均导通120度电角度。如图3所示为一种无位置传感器永磁同步电机起动方法中方波驱动三相六拍工作模式换相顺序图，在每60度电角度内只有两相定子绕组通电流，即如图2所示，根据图2所示的方波电流驱动波形，在30度至90度电角度内A相、B相绕组导通，在90度至150度电角度内A相、C相绕组导通，在150度至210度电角度内B相、C相绕组导通，在210度至270度电角度内B相、A相绕组导通，在270度至330度电角度内C相、A相绕组导通，在330度至30度电角度内C相、B相绕组导通，其中，本专利技术方法中方波电流信号分别连接外部永磁同步电机的三相定子绕组，三相定子绕组分别记为A相绕组、B相绕组、C相绕组。A相、B相导通时，A相的正半周期导通，B相的负半周期导通，C相关断，在变频方波信号产生模块中，A相电流的给定为恒定数字量I1使数模转换器的输出为正值，B相电流的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无位置传感器永磁同步电机起动方法，其特征在于包括如下步骤：(1)产生频率线性变化的方波电流信号，同时采集外部永磁同步电机输出的相电流信号；所述的方波电流信号是以360度电角度为周期的周期性信号，包括方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相，方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相在每周期的正负半周期内均导通120°电角度且每周期任意时刻方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相中均只有两相导通，而另外一相关断；所述的方波电流信号A相接外部永磁同步电机的A相绕组，方波电流信号B接外部永磁同步电机的B相绕组，方波电流信号C相接外部永磁同步电机的C相绕组，当方波电流信号A相不为0时，A相绕组导通，当方波电流信号B相不为0时，B相绕组导通，当方波电流信号C相不为0时，C相绕组导通；(2)对相电流信号、方波电流信号进行比例积分运算，得到运算结果后进行功率线性放大；(3)将功率线性放大后的信号送至外部永磁同步电机，完成电机驱动。

【技术特征摘要】
1.一种无位置传感器永磁同步电机起动方法，其特征在于包括如下步骤：(1)产生频率线性变化的方波电流信号，同时采集外部永磁同步电机输出的相电流信号；所述的方波电流信号是以360度电角度为周期的周期性信号，包括方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相，方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相在每周期的正负半周期内均导通120°电角度且每周期任意时刻方波电流信号A相、方波电流信号B相、方波电流信号C相中均只有两相导通，而另外一相关断；所述的方波电流信号A相接外部永磁同步电机的A相绕组，方波电流信号B接外部永磁同步电机的B相绕组，方波电流信号C相接外部永磁同步电机的C相绕组，当方波电流信号A相不为0时，A相绕组导通，当方波电流信号B相不为0时，B相绕组导通，当方波电流信号C相不为0时，C相绕组导通；(2)对相电流信号、方波电流信号进行比例积分运算，得到运算结果后进行功...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉猛，马官营，李建朋，朱梦如，惠欣，王冲，李建鹏，李杰彦，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11