CN111262495B - 一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法，涉及永磁同步电机领域，该方法包括：获取增量式编码器的速度反馈绝对值,将速度反馈绝对值传输至PID角度补偿控制器以获取补偿角度,通过斜坡函数θ＝θ+kα校正转子初始角，d轴参考电流按照斜坡函数增大，判断速度反馈绝对值与预定转速之间的大小，如小于等于则当d轴参考电流到达电机额定电流值且速度反馈绝对值为零时，输出最终更新后的转子初始角，如大于则将补偿方向取反后重新获取速度反馈绝对值并再次判断速度反馈绝对值与预定转速之间的大小。在检测过程中，通过不断校正转子初始角，保持永磁同步电机静止，即可获得电机转子的初始角位置。

Description

一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，尤其是一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法。

背景技术

永磁同步电机转子角度的准确性对电机控制的性能起到至关重要的作用，尤其在电机启动的时候，控制***不知道转子的具***置，如果转子角度检测不准确，会造成永磁同步电机启动失败、控制效率降低、发热严重等缺点。而增量式编码器的交流永磁同步电机在上电时，需要专门的算法来检测转子的初始位置。目前，有些算法存在电机反转的问题，造成与电机相连的其他设备或工件的损坏，有些算法依靠电机的凸极性或电机电感饱和特性来检测，存在电机适应性有限的问题。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法，在检测过程中，给电机施加d轴参考电流，永磁同步电机不转动，满足电机不能反转的条件，通过不断校正转子初始角，保持电机静止，即可获得电机的转子初始角位置，适用于各种配置的ABZ增量式编码器的永磁同步电机。

本发明的技术方案如下：

一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法，包括如下步骤：

初始化补偿方向k＝1或k＝-1；

向电机施加d轴参考电流Idref＝0、转子初始角θ＝0的电流控制矢量；

获取增量式编码器的速度反馈绝对值，并传输至PID角度补偿控制器中，运行PID角度补偿控制器获取补偿角度；

通过斜坡函数θ＝θ+kα校正迭代更新后的转子初始角，其中α代表补偿角度；

d轴参考电流按照斜坡函数增大；

判断速度反馈绝对值与预定转速之间的大小；

如果速度反馈绝对值小于等于预定转速时，则判断电机d轴参考电流是否到达电机额定电流值，且速度反馈绝对值是否为零，如是，则输出最终更新后的转子初始角，否则再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤；

如果速度反馈绝对值大于预定转速时，则将补偿方向取反后，再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。

其进一步的技术方案为，如果电机d轴参考电流到达电机额定电流值，且速度反馈绝对值为零时，方法还包括：

判断电机转子的静止时间是否超过第二预定时间，如是，则执行输出最终更新后的转子初始角的步骤，否则再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。

其进一步的技术方案为，如果速度反馈绝对值大于预定转速时，方法还包括：

判断增量式编码器的超速时间是否超过第一预定时间，如是，则进入将补偿方向取反后，再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤，否则直接执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。

其进一步的技术方案为，将增量式编码器的速度反馈绝对值传输至PID角度补偿控制器中，通过不断校正转子初始角，使永磁同步电机保持静止，以获取最终更新后的转子初始角。

其进一步的技术方案为，增量式编码器采用ABZ增量式编码器。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开的一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法，利用增量式编码器永磁同步电机上电时，电机d轴参考电流不产生电机扭矩的原理，通过判断增量式编码器的速度反馈绝对值是否超速进而判断补偿方向是否正确，当补偿方向正确时按照斜坡函数递增的方式，利用速度反馈绝对值作为PID角度补偿控制器的输入，通过PID角度补偿控制器获取电机转子的补偿角度，以此校正转子初始角，使电机转子静止，直到d轴参考电流达到电机额定值时，此时即可得到电机转子的初始角位置，该方法适用于各种配置的ABZ增量式编码器的永磁同步电机。

附图说明

图1是本申请提供的检测方法的原理图。

图2是本申请提供的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法，其原理图如图1所示，在增量式编码器永磁同步电机的主电路中获取A相和B相的电流i_A和i_B，同时，由于增量式编码器与永磁同步电机的转子之间以同轴安装或其他安装方式，在增量式编码器永磁同步电机的主电路中，增量式编码器会输出一个速度反馈绝对值至PID角度补偿控制器中，在PID角度补偿控制器中进行PID运算后获取电机转子的补偿角度α，通过函数θ＝θ+kα校正转子初始角θ，并送入iPark变换模块和Park变换模块以纠正原先的转子初始角θ。相电流i_A和i_B连接到Clarke变换模块的输入端，经过三相静止坐标系到两相静止坐标系的克拉克变换后，得到电流i_α和i_β，i_α和i_β传递到Park变换模块，根据转子磁场定向进行旋转坐标变换，得到d轴电流i_d和q轴电流i_q，i_d和i_q分别与施加电流控制矢量得到的d轴参考电流Idref和q轴参考电流Iqref相减后，所得结果分别传递到d电流控制器和q电流控制器中进行PID运算，得到d、q轴电压u_d和u_q，u_d和u_q送入iPark变换模块，通过反派克变换后，将两相旋转坐标系下的电压值变换到静止直角坐标系下的电压u_α和u_β，此时电机转子的初始角位置已经确定，u_α和u_β传递到SVPWM模块，经过电压空间矢量脉宽调制后，输出六路控制脉冲信号至三相逆变器中。

检测方法流程图如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤1：在控制端输入超速时间t₁＝0,第一预定时间T₁,静止时间t₂＝0,第二预定时间T₂,补偿角度α＝0,初始化补偿方向k＝1或k＝-1，可选的，第一预定时间T₁＝0.2s,第二预定时间T₂＝0.5s，补偿方向k＝1。

步骤2：向电机施加d轴参考电流Idref＝0、q轴参考电流Iqref＝0和转子初始角θ＝0的电流控制矢量。

步骤3：获取增量式编码器的速度反馈绝对值SpeedFdb，并传输至PID角度补偿控制器中，运行PID角度补偿控制器获取补偿角度α，表达式为：

其中，k为采样序号，且k＝0，1，2，……；e_k为第k次采样时刻输入的偏差值，且e_k＝0-SpeedFdb_k，SpeedFdb_k为k时刻增量式编码器的速度反馈绝对值，e_k-1为第k-1次采样时刻输入的偏差值；e_j为第j次积分器累积的偏差值；K_P为比例系数、K_i为积分系数、K_d为微分系数。

可选的，增量式编码器采用ABZ增量式编码器。

步骤4：通过斜坡函数θ＝θ+kα纠正转子初始角，其中α代表补偿角度。

步骤5：d轴参考电流Idref按照斜坡函数增大。

步骤6：判断速度反馈绝对值SpeedFdb与预定转速SpeedTH之间的大小。可选的，预定转速SpeedTH＝1.0RPM。

步骤61：如果速度反馈绝对值小于等于预定转速时，也即SpeedFdb≤1.0RPM，则判断电机d轴参考电流Idref是否到达电机额定电流值，且速度反馈绝对值SpeedFdb是否为零。

如是，也即Idref＝＝I₁并且SpeedFdb＝＝0，其中I₁代表电机额定电流值，则判断电机转子的静止时间是否超过第二预定时间，如是，也即t₂>0.5s时，则输出最终更新后的转子初始角θ，否则再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤，也即返回步骤3。

如否，则再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤，也即返回步骤3。

步骤62：如果速度反馈绝对值大于预定转速时，也即SpeedFdb>1.0RPM，判断增量式编码器的超速时间是否超过第一预定时间，如是，也即t₁>0.2s时，则将补偿方向取反后，再次执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤，否则直接执行获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。将补偿方向取反的意思是：当k＝1时补偿方向取反，则k＝-1，当k＝-1时补偿方向取反，则k＝1。

通过上述方法，利用增量式编码器永磁同步电机上电时，电机d轴参考电流不产生电机扭矩的原理(也即电机不会转动)，给电机施加电流控制矢量，通过判断增量式编码器的速度反馈绝对值是否超速进而判断角度的补偿方向是否正确，当补偿方向正确时，利用速度反馈绝对值作为PID角度补偿控制器的输入，通过PID角度补偿控制器获取电机转子的补偿角度，通过斜坡函数校正转子初始角的大小，且d轴参考电流Idref也按照斜坡函数递增，使电机转子保持静止，直到d轴参考电流达到电机额定值时，此时即可得到电机转子的初始角位置。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种增量式编码器永磁同步电机的转子初始角检测方法，其特征在于，所述方法包括：

初始化补偿方向k＝1或k＝-1；

向电机施加d轴参考电流Idref＝0、转子初始角θ＝0的电流控制矢量；

获取增量式编码器的速度反馈绝对值，并传输至PID角度补偿控制器中，运行所述PID角度补偿控制器获取补偿角度，表达式为：

其中，k为采样序号，且k＝0，1，2，……；e_k为第k次采样时刻输入的偏差值，且e_k＝0-SpeedFdb_k，SpeedFdb_k为k时刻增量式编码器的速度反馈绝对值，e_k-1为第k-1次采样时刻输入的偏差值；e_j为第j次积分器累积的偏差值；K_P为比例系数、K_i为积分系数、K_d为微分系数；

通过斜坡函数θ＝θ+kα校正迭代更新后的转子初始角，其中α代表补偿角度；

所述d轴参考电流按照所述斜坡函数增大；

判断所述速度反馈绝对值与预定转速之间的大小；

如果所述速度反馈绝对值小于等于所述预定转速时，则判断电机d轴参考电流是否到达电机额定电流值，且所述速度反馈绝对值是否为零，如是，则输出最终更新后的转子初始角，否则再次执行所述获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤；

如果所述速度反馈绝对值大于所述预定转速时，则将所述补偿方向取反后，再次执行所述获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果电机d轴参考电流到达电机额定电流值，且所述速度反馈绝对值为零时，所述方法还包括：

判断电机转子的静止时间是否超过第二预定时间，如是，则执行输出最终更新后的转子初始角的步骤，否则再次执行所述获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述速度反馈绝对值大于所述预定转速时，所述方法还包括：

判断所述增量式编码器的超速时间是否超过第一预定时间，如是，则进入将所述补偿方向取反后，再次执行所述获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤，否则直接执行所述获取增量式编码器的速度反馈绝对值的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述增量式编码器的速度反馈绝对值传输至所述PID角度补偿控制器中，通过不断校正转子初始角，使所述永磁同步电机保持静止，以获取最终更新后的转子初始角。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述增量式编码器采用ABZ增量式编码器。

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