CN107404274B - 一种基于开环电压检测pmsm转子零位的方法 - Google Patents

一种基于开环电压检测pmsm转子零位的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法，主要解决现有技术中存在的现有PMSM转子零位获取方法运算比较复杂，运算量大，理论性强的问题。该一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法是通过开环电压，转子位置采样值、PMSM转子零位校准值，记录所对应的PMSM转速，并通过最小绝对值法确定最优的PMSM转子零位。通过上述方案，本发明达到了不依赖电机参数。整个检测过程执行时间短，电机控制器可在线自动完成计算的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机(PMSM)控制技术领域，具体地说，是涉及一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法。
背景技术
永磁同步电机(PMSM)因具有高效率、高功率密度、控制性能好、启动特性好等优点，应用非常广泛；电机控制器在对永磁同步电机进行磁场定向矢量控制(FOC)时，如果转子的零位不准就会导致对永磁电机矢量控制不稳定，所以要想对PMSM进行控制就必须获得其转子零位。
一般的电机控制器无法获得PMSM转子零位时，需要根据电机参数运行复杂的算法来确定电机零位；其中其代表性方法有高频信号注入法，由于这种方法利用了电机转子的空间凸极效应，但是对高频电流响应信号的解调算法往往比较复杂，运算量大，理论性强；另外还有文献中使用模型参考自适应方法、模糊控制方法、人工神经网络、设计滑模观测器等方法对永磁同步电机的转子初始位置进行估计，但这些方法都需要复杂的公式和运算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法，以解决现有PMSM转子零位获取方法运算比较复杂，运算量大，理论性强的问题。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法包括的步骤如下：
(a)分别给定PMSM矢量控制中D轴的开环电压Ud和Q轴的开环电压Uq；
(b)根据步骤(a)中给定的Uq和Ud状态下，计算PMSM转子零位
Figure GDA0002518769750000021
其中i分别为0，1，2…n-1；
(c)根据步骤(b)计算PMSM转子位置θei＝θi+pθm，式中p为PMSM的极对数，θm为转子位置采样值；
(d)根据(c)计算PMSM转速
Figure GDA0002518769750000022
(e)根据最小绝对值法求得PMSM的转子零位。
具体地，步骤(e)包括如下步骤：
(e1)给定PMSM正转时的Uq和Ud，重复步骤(a)至(d)，在PMSM转速稳定时，保存PMSM转速ωPi(i＝0，1，2...n-1)；
(e2)给定PMSM反转时的Uq和Ud，重复步骤(a)至(d)，在PMSM转速稳定时，保存PMSM转速ωNi(i＝0，1，2...n-1)；
(e3)计算步骤(e1)和步骤(e2)的转速和ωdi,ωdi＝ωPi+ωNi；
(e4)找出步骤(e3)中最小的ωdi得出PMSM的转子零位。
具体地，步骤(e4)的具体过程为：找到ωdi中数值最小的正数，记作ωdk；PMSM的转子零位即为
Figure GDA0002518769750000023
即θe＝θk+pθm，为正确的PMSM转子位置。
具体地，分别根据步骤(e1)和步骤(e2)中给定的Uq和Ud及求得的PMSM转子位置θei，输出PMSM的正弦波电压Ua，Ub，Uc；计算公式如下：
Figure GDA0002518769750000031
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明与传统的PMSM转子零位检测方法相比，算法简单，只需要开环控制，并且计算过程不依赖电机参数。整个检测过程执行时间短，电机控制器可在线自动完成计算，不需要离线分析数据。
附图说明
图1为本发明的控制框图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
如图1和图2所示，一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法是通过开环电压，转子位置采样值、PMSM转子零位校准值，记录所对应的PMSM转速，并通过最小绝对值法确定最优的PMSM转子零位；具体过程如下：
步骤1：分别设置PMSM矢量控制中D轴和Q轴的开环电压，Uq＝C，Ud＝0，C为一个比较小的电压值，为常数，使电机能够不至于转得过快。
步骤2：设置PMSM转子零位
Figure GDA0002518769750000041
计算PMSM转子位置θei＝θi+pθm，运行矢量控制算法
Figure GDA0002518769750000042
输出Ua、Ub、Uc。
步骤3：令i分别为0，1，2…n-1，重复步骤2，电机转速稳定时，程序保存PMSM转速ωPi(i＝0，1，2...n-1)。
步骤4：分别设置PMSM矢量控制中D轴和Q轴的开环电压，Uq＝-C，Ud＝0，C为一个比较小的电压值，为常数，使电机能够不至于转得过快。
步骤5：令i分别为0，1，2…n-1，重复步骤2，电机转速稳定时，程序保存PMSM转速ωNi(i＝0，1，2...n-1)。
步骤6：计算ωdi＝ωPi+ωNi；
步骤7：找到ωdi中数值最小的正数，记作ωdk；
步骤8：PMSM的转子零位即为
Figure GDA0002518769750000043
即θe＝θk+pθm，为正确的PMSM电机转子位置。
通过上述步骤1至步骤8即可得到PMSM的转子零位。
本发明的基本原理：永磁同步电机空载时正转反转时其机械特性相同，假如电机零位是正确的，则给定Uq＝C，Ud＝0与Uq＝-C，Ud＝0时，理论上两种条件下其转速应该是大小相等、方向相反，而且Uq为正时，电机为正转。如果零位不正确，则在上述条件下，其正Uq的转速与负Uq的转速应该是不相等的。
本发明测试实例的实施条件为：可给定Uq、Ud电机控制器，绝对位置传感器反馈的永磁同步电机,可获取永磁同步电机转速。
下表为测得的实际数据：可得出PMSM转子零位校准值为5.654867弧度，实际PMSM转子零位为5.75959弧度，误差为0.10472弧度。验证了本发明有效性。如果减少步长，即增加n的值，即可增加电机转子零位校准值的精度。
Figure GDA0002518769750000051
Figure GDA0002518769750000061
本发明是基于开环控制，不依赖电机参数，不需要设计复杂算法，程序执行完一个检测流程，即可算出PMSM的转子零位。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法，其特征在于，包括的步骤如下：
(a)分别给定PMSM矢量控制中D轴的开环电压Ud和Q轴的开环电压Uq；
(b)根据步骤(a)中给定的Uq和Ud状态下，计算PMSM转子零位
Figure FDA0002518769740000011
其中i分别为0，1，2...n-1；
(c)根据步骤(b)计算PMSM转子位置θei＝θi+pθm，式中p为PMSM的极对数，θm为转子位置采样值；
(d)根据(c)计算PMSM转速
Figure FDA0002518769740000012
(e)根据最小绝对值法求得PMSM的转子零位；
步骤(e)包括如下步骤：
(e1)给定PMSM正转时的Uq和Ud，令i分别为0，1，2...n-1，重复步骤(a)至(d)，在PMSM转速稳定时，保存PMSM转速ωPi(i＝0，1，2...n-1)；
(e2)给定PMSM反转时的Uq和Ud，令i分别为0，1，2...n-1，重复步骤(a)至(d)，在PMSM转速稳定时，保存PMSM转速ωNi(i＝0，1，2...n-1)；
(e3)计算步骤(e1)和步骤(e2)的转速和ωdi，ωdi＝ωPi+ωNi；
(e4)找出步骤(e3)中最小的ωdi得出PMSM的转子零位；
步骤(e4)的具体过程为：找到ωdi中数值最小的正数，记作ωdk；PMSM的转子零位即为
Figure FDA0002518769740000021
即θe＝θk+pθm，为正确的PMSM转子位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于开环电压检测PMSM转子零位的方法，其特征在于，分别根据步骤(e1)和步骤(e2)中给定的Uq和Ud及求得的PMSM转子位置θei，输出PMSM的正弦波电压Ua，Ub，Uc；计算公式如下：
Figure FDA0002518769740000022
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