CN107134963A - 永磁同步电机的转子位置追踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的转子位置追踪方法，涉及电机的控制方法技术领域。所述方法包括如下步骤：对永磁同步电机进行零电流控制得到定子电压和相位，然后对永磁同步电机进行低速追踪、高速追踪和线性切换得到电机的转速与位置。所述方法检测精准，能够实现较低速的位置跟踪，无需额外硬件电路，相比硬件实现方法，该方法节省用于检测电机电流或反电动势的频率的硬件电路。

Description

永磁同步电机的转子位置追踪方法

技术领域

本发明涉及电机的控制方法技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机的转子位置追踪方法。

背景技术

转速追踪功能用于永磁同步电机因惯性等处于运行状态时，无需停止电机而从原来的速度处起动电机的情况。在某些应用场合，为了节约成本或环境恶劣导致永磁同步电机无法安装编码器，电机运行只能用开环控制方式。如电机启动时，电机处于转动状态，无法通过编码器获取电机的转速，需要转速追踪后再启动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种可准确的对永磁同步电机的位置进行追踪的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种永磁同步电机的转子位置追踪方法，其特征在于包括如下步骤：对永磁同步电机进行零电流控制得到定子电压和相位，然后对永磁同步电机进行低速追踪、高速追踪和线性切换得到电机的转速与位置。

进一步的技术方案在于：零电流控制下，电流环给定为零，且给定角度为零：

初始时刻若电机在旋转，则在反电势作用下产生定子电流；经过电流闭环的调节，定子电流减小为零，此时定子电压与反电动势E幅值相等且相位同步，据此可得到定子电压幅值和相位：

由确定电机的旋转方向，电压、磁链相量图与旋向的关系：(a)正转，(b)反转，据此得到转子旋转角度：

其中， 和分别为d轴和q轴的电压；和分别为轴和轴的电压。

进一步的技术方案在于：当估算速度低于一定值，且不为零时进入低速追踪阶段，此阶段电流闭环，电流环给定为零，、经电流闭环调节输出得到，得到转子的位置角度为，为估算的角度，为程序执行周期；转速估算由下式得到：，为估算的速度，为永磁同步电机的磁链系数。

进一步的技术方案在于：当估算速度高于预设的低速值时进入高速追踪阶段，电流闭环，电流环给定为零，、经电流闭环调节输出得到，得到的位置角度为：

。

进一步的技术方案在于：将位置追踪得到的转子电压的幅值和相位、转速、旋向作为正常运行的初始条件，完成位置追踪向正常运行状态的过渡，线性上升至开环模式下Id闭环调节的输出，线性上升至开环模式下该追踪速度VF比的给定电压值。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法检测精准，能够实现较低速的位置跟踪，无需额外硬件电路，相比硬件实现方法，该方法节省用于检测电机电流或反电动势的频率的硬件电路。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例所述方法中转子正转时电压、磁链相量图与旋向的关系图；

图2是本发明实施例所述方法中转子反转时电压、磁链相量图与旋向的关系图；

图3是本发明实施例所述方法中零电流控制框图；

图4是本发明实施例所述方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

总体的，如图4所示，本发明实施例公开了一种永磁同步电机的转子位置追踪方法，包括如下步骤：对永磁同步电机进行零电流控制得到定子电压和相位，然后对永磁同步电机进行低速追踪、高速追踪和线性切换得到电机的转速与位置。

转子位置追踪主要是要估算转子当前的速度和位置角度。位置角度的估算需要用到所估算的速度。在零电流控制阶段，估算出转子的转速。如果转速较低，则进入低速追踪阶段，进行估算转子的角度。如果转速较高，则进入高速追踪阶段，检测转子的角度。检测完成后进入线性切换阶段，为电机正常启动做准备。

零电流控制下，电流环给定为零，并且给定角度给零：

初始时刻若电机在旋转，则在反电势作用下产生定子电流；经过电流闭环的调节，定子电流减小为零，此时定子电压与反电动势E幅值相等且相位同步，据此可得到定子电压幅值和相位：

其中，和分别为d轴和q轴的电压；和分别为轴和轴的电压， 和由电压重构模块得到，、进过Park逆变换得到。

由可确定电机的旋转方向，电压、磁链相量图与旋向的关系如图1-2所示：

据此可得到转子旋转角度：

转速估算可由下式得到：

，为估算的角度，为估算的速度，为永磁同步电机的磁链系数。

位置追踪一共分为四个阶段：零电流阶段，低速追踪阶段，高速追踪阶段，线性切换阶段，最终过渡到速度/转矩控制的正常运行状态。

零电流阶段：电流控制：电流闭环，电流环给定为零。此阶段即实现零电流控制方案，最终得到转子转速和角度。该阶段持续8个开关周期，需要说明的是，本实施例中优选为8个开关周期，但不限制为8个开关周期。

当估算的电机转速较低时，反电动势较小，转子旋转角度的估算按照零电流控制方案容易产生较大误差，所以低速时转子角度的计算要采取不同的方案：由估算得到的转子转速对时间进行积分得到。

低速追踪阶段: 当估算速度低于一定值（本实施选择额定转速的五分之一，但不限于此速度值）时进入低速追踪阶段。该阶段优选持续300ms，需要说明的是，该阶段的持续时间并不限制于300ms，也可以为其它时间。此阶段电流闭环，电流环给定为零，、经电流闭环调节输出得到。得到的位置角度为

高速追踪阶段: 当估算速度高于一定阈值时（预设的低速值）进入高速追踪阶段，该阶段优选持续100ms，需要说明的是，该阶段的持续时间并不限制于100ms，也可以为其它时间。电流闭环，电流环给定为零。、经电流闭环调节输出得到，得到的位置角度为：

；

线性切换阶段: 将位置追踪得到的定子电压的幅值和相位、转速、旋向作为正常运行的初始条件，完成位置追踪向正常运行状态的过渡。该阶段优选持续100ms，需要说明的是，该阶段的持续时间并不限制于100ms，也可以为其它时间。线性上升至开环模式下Id闭环调节的输出，线性上升至开环模式下该追踪速度VF比的给定电压值。

Claims (5)

1.一种永磁同步电机的转子位置追踪方法，其特征在于包括如下步骤：对永磁同步电机进行零电流控制得到定子电压和相位，然后对永磁同步电机进行低速追踪、高速追踪和线性切换得到电机的转速与位置。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机的转子位置追踪方法，其特征在于：零电流控制下，电流环给定为零，且给定角度为零：

初始时刻若电机在旋转，则在反电势作用下产生定子电流；经过电流闭环的调节，定子电流减小为零，此时定子电压与反电动势E幅值相等且相位同步，据此可得到定子电压幅值和相位：

由确定电机的旋转方向，电压、磁链相量图与旋向的关系：(a)正转，(b)反转，据此得到转子旋转角度：

其中， 和分别为d轴和q轴的电压；和分别为轴和轴的电压。

3.如权利要求1所述的永磁同步电机的转子位置追踪方法，其特征在于：当估算速度低于一定值，且不为零时进入低速追踪阶段，此阶段电流闭环，电流环给定为零，、经电流闭环调节输出得到，得到转子的位置角度为，为估算的角度，为程序执行周期；转速估算由下式得到：， 为估算的速度，为永磁同步电机的磁链系数。

4.如权利要求1所述的永磁同步电机的转子位置追踪方法，其特征在于：当估算速度高于预设的低速值时进入高速追踪阶段，电流闭环，电流环给定为零，、经电流闭环调节输出得到，得到的位置角度为：

。

5.如权利要求1所述的永磁同步电机的转子位置追踪方法，其特征在于：将位置追踪得到的转子电压的幅值和相位、转速、旋向作为正常运行的初始条件，完成位置追踪向正常运行状态的过渡，线性上升至开环模式下Id闭环调节的输出，线性上升至开环模式下该追踪速度VF比的给定电压值。