一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法，该方法根据码盘输出的U、V、W信号确定电机转子磁性所在的扇区，取该扇区中间位置对应的数字量作为转子初始位置，定转子磁链及电压矢量位置；电枢感应磁链与转子磁链相互作用并将转子咬合在初始位置上，但该位置并不一定是电机转子真实初始位置，而仅仅实现了电机转子位置的初步定位，此时电机输出电流略大于准确定位时输出的电流值，当编码器输出的第一个

An initial absolute position detection method for the rotor of permanent magnet synchronous motor

The invention discloses a permanent magnet synchronous motor rotor initial position detection method of absolute encoder output, according to the U, V, W signal to determine the motor rotor magnetic sector where the digital quantity, take the middle position corresponding to the sector as the initial position of rotor, stator and rotor flux and voltage vector; flux and armature induction the rotor flux and rotor interaction will bite in the initial position, but the position is not necessarily true of motor rotor initial position, and only implement the preliminary positioning of the rotor position, the motor output current is slightly larger than the current output value of accurate positioning, when the first encoder output

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法
本专利技术属于机电
，涉及一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法。
技术介绍
永磁同步电机转子的初始绝对位置信息是速度环起动及稳定运行必要条件通常采取在电机上安装增量式脉冲编码器来提供转子的位置信息，得以实现系统的闭环控制，但由于增量编码器初次得电只能获得电机转子的相对位置，而无法提供电机的初始绝对位置信息。在未知转子绝对初始位置情况下，直接启动永磁同步电机会出现电机堵转或剧烈抖动现象。最常用的转子初始定位方法是磁定位,此方法是将转子强行拉到给定位置,但转子产生会机械冲击扭矩。利用电机转子磁特性获取转子磁极的初始位置也无法避免起动过程的转子抖动问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出了一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法，该方法首先利用增量光电编码器实现永磁同步电机转子磁极初始绝对位置的初步辨识并实施误差补偿。该方法能准确检测到转子磁极的绝对位置信息，同时满足电机从静止状态起动的要求，且实现简单。其技术方案如下：一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法，包括以下步骤：根据码盘输出的U、V、W信号确定电机转子磁性所在的扇区，取该扇区中间位置对应的数字量作为转子初始位置，定转子磁链及电压矢量位置。转子位置与紧邻的电压矢量位置的电角度差值范围为，其对应的数字量约为，系统按照矢量控制要求给电机输入交轴电流，电机有正向旋转的运动趋势，编码器反馈信号提供电机方向及速度信息,使电流调节器输出相应的电压矢量，电枢感应磁链与转子磁链相互作用并将转子咬合在初始位置上，但该位置并不一定是电机转子真实初始位置，而仅仅实现了电机转子位置的初步定位，此时电机输出电流略大于准确定位时输出的电流值，当编码器输出的第一个Z信号到来之后，触发位置误差补偿算法，从而消除初始定位的相对误差，即准确定位转子位置。进一步，永磁同步电机实现矢量控制所用到的电机位置角度为电角度，在每一个电周期内，六个矢量扇区循环一次，永磁同步电机极对数为4对极，光电编码器的精度为2500线，每个扇区对应电角度为60度，机械角度为15度，对应的数字量为408。进一步，所述控制系统采用DSPSTM320F28335控制器，系统上电后，电机初始位置将处于六个矢量扇区中任意一个，此时根据编码器U\V\W信号确定具体扇区，而具体位置选取扇区中心位置，与实际位置电角度误差误差小于204个数字量，完全满足永磁同步电机初始上电启动位置定位条件。将上述检测的电机转子初步位置代入公式：其中，为第k个控制周期的电角度，为第k-1个控制周期的电角度，永磁同步电机基频，转子位置采样周期；当编码器Z信号被检测到以后，检测电机转子位置控制器STM320F28335计数器复位，并对初始检测位置电角度误差进行补偿，从而实现电机转子磁链位置的精度定位。本专利技术的有益效果为：该策略对永磁同步电机极对数和光电编码器的精度没有要求，适用于各类带增量式光电编码器的永磁同步电机系统（如512线、1000线、2500线等），降低了同步电机启动条件，实现方法简单，节约系统硬件成本。本专利技术首先利用增量光电编码器实现永磁同步电机转子磁极初始绝对位置的初步辨识并实施误差补偿。该方法能准确检测到转子磁极的绝对位置信息，同时满足电机从静止状态起动的要求，且实现简单。附图说明图1永磁同步电机起动时各变量状态关系；图2电机起动瞬间各变量关系，其中，图2(a)顺时针旋转且转子磁链滞后轴图2(b)顺时针旋转且转子磁链超前轴，图2(c)逆时针旋转且转子磁链滞后轴，图2(d)逆时针旋转且转子磁链超前轴；图3电压矢量扇区与转子位置关系；图4定转子磁链及电压矢量位置；图5为机械角度、电角度、扇区与数字量之间的对应关系；图6转子初始位置最大误差定位和理想定位下电机起动电流瞬态过程，其中，图6(a)电角度误差为30°时电流瞬态过程，图6(b)电角度误差为0°时电流瞬态过程；图7转子初始位置补偿前后的电机相电流波形；图8转子初始位置补偿前后的电压矢量扇区。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。1永磁同步电机转子磁极初始位置分析为了实现永磁同步电机转子磁极初始位置定位控制，需要分析电机各变量在起动瞬间所处的状态关系，找到对应施加在定子上的空间电压矢量，实现电机顺利起动。永磁同步电机在磁场定向控制时，令、，若系统初始上电后转子磁极初始位置确定，定子电压矢量与定子磁链正交，永磁体产生的气隙磁场与电枢反应磁链间的空间电角度为，如图1所示。定子磁链空间矢量与永磁体磁链空间矢量正交，可得：(1)通常情况下，系统得电后电机绕组上没有能够反映转子位置信息的信号，初始的转子磁极位置是任意的。设准确磁极位置对应的交直轴电压、，而实际转子初始位置不正确时的交直轴电压、，其电压误差值是理想磁极初始位置与实际位置间的角度偏差函数。根据电机转子旋转方向以及转子磁链与d轴的初始相对位置关系，将电机初始起动过程分为以下四种情况。(1)当电机逆时针旋转且转子磁链滞后于d轴角度，如图2(a)所示，电枢反应磁链与永磁体转子磁链之间的空间电角度。这种情况下，错误的认为轴与转子磁链方向一致，永磁同步电机矢量控制未完全实现“磁场定向”，此时单位电流产生的转矩值不是最大，电机不能以最大转矩起动，由矢量图可知：(2)为了使电机以正确的磁极初始位置起动，即转子磁链与d轴方向一致，必须减少，使趋向于0。(2)当电机逆时针旋转且转子磁链超前于d轴角度，如图2(b)所示，电枢反应磁链与永磁体转子磁链之间的空间电角度为。电机在起动过程中，错误的将轴作为实际设定的磁极初始位置，定子电流对永磁体有去磁作用，由矢量图可知，转子磁极初始位置误差引起的轴电压偏差小于零。当趋近于零，才能将转子磁链定位在正确的磁极初始位置上。(3)若电机顺时针旋转，转子磁链滞后于轴角度，如图2(c)所示，轴电压偏差小于零，电枢反应磁链与永磁体转子磁链之间的空间电角度为。当趋近于零，可以满足转子磁链与轴方向一致，才能实现转子磁链定位正确。(4)若电机顺时针旋转，转子磁链超前于轴角度，如图2(d)所示，电枢反应磁链与永磁体转子磁链之间的空间电角度为，轴电压偏差大于零。同上述分析，要实现转子磁链定位正确，必须使趋近于零，可以满足转子磁链与轴方向一致。2永磁同步电机初始位置定位策略及仿真分析2.1初始位置定位策略永磁同步电机通常采用增量式光电编码器，在电机启动前，通过码盘输出U、V、W信号可以估算出电机磁极所在的扇区位置，但并不能给出准确的转子位置信息，A、B、Z是用于控制电机的三个脉冲信号，其中A、B信号判断电机转速及方向，Z是同步信号，用来消除干扰脉冲或丢失脉冲对位置计数器造成的累积误差。若采用的永磁同步电机的极对数为N，编码器分辨率为M线，经数字信号处理器DSP内部的QEP电路四倍频后，电机转子空间位置的分辨率变为4M脉冲/转。根据矢量控制原理，在每一个电周期内，六个矢量扇区循环一次(CCW：011-001-101-100-110-010-011；CW：011-010-110-100-101-001-011)，每个扇区对应电角度的数字量约为[2M/3N]。因此，在每一个电周期内可知六个电压矢量V5(001)、V1(101)、V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：根据码盘输出的U、V、W信号确定电机转子磁性所在的扇区，取该扇区中间位置对应的数字量作为转子初始位置，定转子磁链及电压矢量位置；转子位置与紧邻的电压矢量位置的电角度差值范围为

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：根据码盘输出的U、V、W信号确定电机转子磁性所在的扇区，取该扇区中间位置对应的数字量作为转子初始位置，定转子磁链及电压矢量位置；转子位置与紧邻的电压矢量位置的电角度差值范围为，其对应的数字量为，系统按照矢量控制要求给电机输入交轴电流，电机有正向旋转的运动趋势，编码器反馈信号提供电机方向及速度信息,使电流调节器输出相应的电压矢量，电枢感应磁链与转子磁链相互作用并将转子咬合在初始位置上，但该位置并不一定是电机转子真实初始位置，而仅仅实现了电机转子位置的初步定位，此时电机输出电流略大于准确定位时输出的电流值，当编码器输出的第一个Z信号到来之后，触发位置误差补偿算法，从而消除初始定位的相对误差，即准确定位转子位置。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子的初始绝对位置检测方法，其特征在于，永磁同步电机实现矢量控制所用到的电机位置角度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖海峰，高文，乔社娟，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61