永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種永磁同步電機(jī)的矢量控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步電機(jī)(PermanentMagnet Synchronous Motor,簡稱為 PMSM)在進(jìn)行矢量控制時，轉(zhuǎn)子位置信息(即轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度)是必不可少的。因而在永磁同步電機(jī)中往往設(shè)置有測量轉(zhuǎn)子角度的位置傳感器。
[0003]旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver)是一種小型交流電動機(jī)，也由定子和轉(zhuǎn)子組成，常作為測量旋轉(zhuǎn)物體的角位移、角速度的位置傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子相對于定子發(fā)生角位移時，其輸出電壓的大小將跟隨角位移量發(fā)生變化，例如為正弦或余弦函數(shù)關(guān)系，或者在一定角位移范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，因而可由輸出電壓得到角位移量，并計(jì)算出角速度值。
[0004]通常采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為永磁同步電機(jī)中的轉(zhuǎn)子位置傳感器。安裝時，使旋轉(zhuǎn)變壓器的定子與永磁同步電機(jī)的定子之間保持相對靜止，旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子與永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子之間同步轉(zhuǎn)動。因而永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子相對于定子的角位移、角速度等同于旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子相對于定子的角位移、角速度，而后者可由旋轉(zhuǎn)變壓器讀數(shù)得到。
[0005]但是，永磁同步電子的轉(zhuǎn)子在零點(diǎn)位置時，旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)可能并不為零，兩者之間的差值稱為偏移角。該偏移角必須要進(jìn)行補(bǔ)償，一種方法是通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)變壓器的定子安裝位置而使偏移角為0，但這對安裝的要求較高；另一種方法是不要求安裝的精度，在安裝后通過軟件測得偏移角的值然后予以補(bǔ)償，稱為轉(zhuǎn)子零位標(biāo)定。顯然，后者的適用范圍更為廣泛。
[0006]申請公布號CN101924514A、申請公布日2010年12月22日的發(fā)明專利申請給出了一種將電機(jī)轉(zhuǎn)子直流定位到特定的位置后推算偏移角的方法，但該方法某些相繞組需要維持一段時間的較大電流，尤其是帶載標(biāo)定的情況下電機(jī)發(fā)熱明顯。
[0007]申請公布號CN102906989A、申請公布日2013年I月30日的發(fā)明專利申請公開了一種方法和裝置，其利用了旋轉(zhuǎn)的電機(jī)在零電流控制情況下d軸電壓分量為零，僅存在q軸電壓分量的特性來調(diào)整確定偏移角值。該方法對電流調(diào)節(jié)器和角度校正調(diào)節(jié)器性能要求較高，零電流控制效果將影響最終的偏移角標(biāo)定值。
[0008]授權(quán)公告號CN202940767U、授權(quán)公告日2013年5月15日的實(shí)用新型專利公開了一種系統(tǒng)，其由可確定的反電動勢和轉(zhuǎn)子角度關(guān)系來推算轉(zhuǎn)子位置，從而確定角度偏移值。該方法對電機(jī)的反電動勢過零點(diǎn)波形要求較高，且需要額外的電壓比較電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種無需增加電路、簡單有效、適用性廣的永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本申請永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法包括如下步驟:
[0011]第I步,任意設(shè)定一個以一定方向、一定頻率轉(zhuǎn)動的參考坐標(biāo)系d’ q’ ；
[0012]第2步，對永磁同步電機(jī)施行轉(zhuǎn)矩控制，以參考坐標(biāo)系d’q’作為假想的轉(zhuǎn)子，對該假想的轉(zhuǎn)子施加一個大小恒定的轉(zhuǎn)矩指令；
[0013]如果實(shí)際的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動，則進(jìn)入第3步。
[0014]如果實(shí)際的轉(zhuǎn)子保持靜止，則調(diào)整參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率和/或調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令的大小，直至實(shí)際的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動，則進(jìn)入第3步；
[0015]第3步，實(shí)際的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動后，如果最終無法以參考坐標(biāo)系d’ q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動，則進(jìn)一步調(diào)整參考坐標(biāo)系d’ q’的轉(zhuǎn)動頻率和/或扭矩指令的大小，直至實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終以參考坐標(biāo)系d’ q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動；
[0016]當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終以參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動，則記錄此時參考坐標(biāo)系d’ q’的d’軸位置和轉(zhuǎn)動頻率、所施加的轉(zhuǎn)矩指令的大小、以及旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)；
[0017]第4步，保持第3步中轉(zhuǎn)子最終勻速轉(zhuǎn)動時參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率和轉(zhuǎn)矩指令的大小，但使參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動方向變?yōu)橄喾矗D(zhuǎn)矩指令的方向也變?yōu)橄喾?，使?shí)際的轉(zhuǎn)子最終達(dá)到與第3步相反方向的以參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動，記錄此時參考坐標(biāo)系d’ q’的d’軸位置、旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)；
[0018]第5步，利用第3步、第4步記錄的信息計(jì)算該永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子處于零點(diǎn)位置時的旋轉(zhuǎn)變壓器讀數(shù)即偏移角。
[0019]本申請所述方法可以實(shí)現(xiàn)偏移角的快速準(zhǔn)確自動標(biāo)定，不受電機(jī)參數(shù)和反電動勢質(zhì)量的影響，控制系統(tǒng)無需作額外更改，常規(guī)扭矩控制軟件構(gòu)架也無需更改，可實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)過程，適用于永磁同步電機(jī)的批量生產(chǎn)和批量維修。
【附圖說明】
[0020]圖1是本申請永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法的第一實(shí)施例的流程圖；
[0021]圖2是本申請永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法的第二實(shí)施例的流程圖；
[0022]圖3是永磁同步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)子正向轉(zhuǎn)動時的示意圖；
[0023]圖4是永磁同步電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動時的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]對永磁同步電機(jī)進(jìn)行矢量控制，常用到如下兩種可以相互轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)系:
[0025]一種是兩相定子坐標(biāo)系α β。定子具有三相繞組u、v、w，u相繞組的軸線為α軸，β軸逆時針超前α軸90度。這是一種靜止坐標(biāo)系。
[0026]另一種是轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系dq。轉(zhuǎn)子上永磁體的軸線為d軸(通常是S極到N極的方向)，q軸逆時針超前d軸90度。這是一種旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,跟隨轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動。
[0027]若已知永磁同步電機(jī)的dq坐標(biāo)系的d軸方向與α β坐標(biāo)系的α軸方向之間的角度，再采集同一時刻旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)，兩者之差即為偏移角。特殊情況下，當(dāng)d軸方向與α軸方向重合，則此刻旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)即為偏移角。這便是本申請的基本原理。
[0028]請參閱圖1，本申請永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法的第一實(shí)施例包括如下步驟:
[0029]第I步,任意設(shè)定一個以一定方向、一定頻率轉(zhuǎn)動的參考坐標(biāo)系d’ q’。其轉(zhuǎn)動方向或者設(shè)為正向、或者設(shè)為反向。其轉(zhuǎn)動頻率可以任意設(shè)定，但為了防止空載或輕載的永磁同步電機(jī)短時間內(nèi)轉(zhuǎn)速過高，將轉(zhuǎn)動頻率設(shè)置得低一些是較為適宜的。
[0030]第2步，對永磁同步電機(jī)施行轉(zhuǎn)矩控制，以參考坐標(biāo)系d’q’作為假想的轉(zhuǎn)子，對該假想的轉(zhuǎn)子施加一個大小恒定的轉(zhuǎn)矩指令。所施加的轉(zhuǎn)矩指令具體表現(xiàn)為對永磁同步電流的三相定子繞組施加電流矢量。此時實(shí)際的轉(zhuǎn)子可能發(fā)生轉(zhuǎn)動，也可能不發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0031]如果實(shí)際的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動，則進(jìn)入第3步。
[0032]如果實(shí)際的轉(zhuǎn)子保持靜止，則調(diào)整參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率和/或調(diào)整轉(zhuǎn)矩指令的大小，通常是減小轉(zhuǎn)動頻率和/或增大轉(zhuǎn)矩指令。通過反復(fù)調(diào)整直至實(shí)際的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動，則進(jìn)入第3步。
[0033]第3步，轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動后，經(jīng)過短時間的調(diào)整，可能達(dá)到最終勻速轉(zhuǎn)動，也可能始終處于非勻速轉(zhuǎn)動。
[0034]如果實(shí)際的轉(zhuǎn)子經(jīng)過一定時間仍無法以參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動，則進(jìn)一步調(diào)整參考坐標(biāo)系d’ q’的轉(zhuǎn)動頻率和/或扭矩指令的大小，通常是減小轉(zhuǎn)動頻率和/或增大轉(zhuǎn)矩指令。通過反復(fù)調(diào)整直至實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終以參考坐標(biāo)系d’ q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動。
[0035]如果實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終以參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動，則記錄此時參考坐標(biāo)系d’ q’的d’軸位置和轉(zhuǎn)動頻率、所施加的轉(zhuǎn)矩指令的大小、以及旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)。
[0036]第4步，保持第3步中轉(zhuǎn)子最終勻速轉(zhuǎn)動時參考坐標(biāo)系d’ q’的轉(zhuǎn)動頻率，但使參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動方向變?yōu)橄喾矗瑫r施加第3步中轉(zhuǎn)子最終勻速轉(zhuǎn)動時相同大小但相反方向的轉(zhuǎn)矩指令。此時實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終總能達(dá)到與第3步相反方向的以參考坐標(biāo)系d’q’的轉(zhuǎn)動頻率勻速轉(zhuǎn)動，記錄此時參考坐標(biāo)系d’ q’的d’軸位置、旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)。
[0037]請參閱圖3，當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終達(dá)到正向勻速轉(zhuǎn)動，此時有公式一 X + δ =Θ Offset + θ + β , X為此時旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)，Θ為此時的d’軸與α軸的夾角，X和Θ可以由記錄的信息得到。
[0038]β為施加給定子繞組的電流矢量與d’軸之間的夾角，δ是實(shí)際轉(zhuǎn)子位置與施加給三相定子繞組的電流矢量is之間的夾角，β和δ均為固定值，且無法測量或計(jì)算得到。
[0039]請參閱圖4，當(dāng)實(shí)際的轉(zhuǎn)子最終達(dá)到反向勻速轉(zhuǎn)動，此時有公式二 X’+ (β - δ)=Θ Offset + θ ’，X’為此時旋轉(zhuǎn)變壓器的讀數(shù)，Θ ’為此時的d’軸與α軸的夾角，X’和Θ ’可以由記錄的信息得到。
[0040]如果第3步中實(shí)際的轉(zhuǎn)子為正轉(zhuǎn)，那么適用于公式一。同時第4步中實(shí)際的轉(zhuǎn)子為反轉(zhuǎn)，適用于公式二。
[0041]如果第3步中實(shí)際的轉(zhuǎn)子為反轉(zhuǎn)，那么適用于公式二。同時第4步中實(shí)際的轉(zhuǎn)子為正轉(zhuǎn)，適用于公式一。
[0042]第5 步，綜合公式一和公式二，Θ Qffset = χ— θ— β + δ,θ offset = χ’一 θ，+β -1將兩式相加將無法測量或計(jì)算得到的β和δ消掉，2Χ Θ offset = χ - θ + χ’一Θ’。計(jì)算該永磁同步電機(jī)在轉(zhuǎn)子處于零點(diǎn)位置時的旋轉(zhuǎn)變壓器讀數(shù)即偏移角Qtjffsrt =(χ — θ + χ，一 θ，)/2。
[0043]上述第一實(shí)施例的第3步和第4步在轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動過程中可以重復(fù)多次采樣χ和Θ，以及X’和Θ ’，每進(jìn)行一次就計(jì)算出一個偏移角值，最后取算術(shù)平均值。
[0044]請參閱圖2，本申請永磁同步電機(jī)中標(biāo)定偏移角的方法的第二實(shí)施例包括如下步驟:
[0045]第I步，任意設(shè)定一個以一定方向、一定頻率轉(zhuǎn)動的參考坐標(biāo)系d’ q’。其轉(zhuǎn)動方向或者設(shè)為正向、或者設(shè)為反向。其轉(zhuǎn)動頻率可以任意設(shè)定，但為了防