[發明專利]永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法

有效

• 申請號: 200910072448.3
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101594114A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 楊明;王宏佳;徐殿國;牛里
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P6/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法，屬于電機控制領域。

背景技術

交流伺服系統中需要精確的位置、速度反饋信息。其位置檢測單元作為反饋裝置，是系統精度的保證。一方面，它為系統矢量控制提供坐標變換所必需的位置信息；在位置伺服系統中為位置環提供位置反饋。另一方面，由于機械安裝和成本問題，伺服系統一般不再配有速度傳感器，而是從位置信息中估計出轉速值。因此，轉子位置信息在伺服系統中起著相當重要的作用。

在永磁同步電動機中，位置傳感器一般采用高分辨率的旋轉變壓器、光電編碼器、磁編碼器等元件。旋轉變壓器輸出兩相正交波形，能輸出轉子的絕對位置，但其解碼電路復雜，價格昂貴。磁編碼器依靠磁極變化檢測位置，目前正處于研究階段，其分辨率較低。光電編碼器分為絕對式和增量式，較其它檢測元件有直接輸出數字量信號，慣量低，低噪聲，高精度，高分辨率，制作簡便，成本低等優點。格雷碼絕對式編碼器一般都做成循環二進制代碼，碼道道數與二進制位數相同。格雷碼絕對式編碼器可直接輸出轉子的絕對位置，不需要測定初始位置。但其工藝復雜、成本高。通用交流伺服系統上采用的絕對式編碼器精度一般在12位至20位之間。增量式編碼器結構簡單，制作容易，一般在碼盤上刻A、B、Z三道均勻分布的刻線，可輸出正交的A、B增量脈沖，代表轉子的位置增量；Z脈沖則是轉子每旋轉一周出一個，一般將Z脈沖輸出位置調整對應到轉子N極磁極上。實施矢量控制需要轉子的絕對位置信息，增量式編碼器需要配合Z脈沖才能獲得絕對位置信息，初始上電時轉子位置是隨機的，需要確定轉子初始位置。配備增量式編碼器的伺服系統獲得轉子初始位置現有技術主要有：

(1)在電機轉子上安裝增量式編碼器，編碼器輸出A、B、Z、U、V、W等6路脈沖信號，其中A、B脈沖信號相互正交，A、B脈沖的相位和頻率可以代表轉子的轉向和轉速。轉子每旋轉一周編碼器輸出一個Z脈沖信號，Z脈沖對應轉子上確定的電角度位置。U、V、W脈沖在相位上相差120度電角度，通過在上電初期判斷U、V、W信號的狀態，可以得到轉子的初始位置。

中國專利：采用增量式編碼器的永磁電機磁極初始位置的確定方法(公開號為CN101409523)提出了進一步完善的解決辦法，系統上電之后，根據增量式編碼器反饋的U/V/W信號狀態，判斷轉子所處的位置角，根據這個估計角度通過驅動器控制電機轉動。但是這種方法對初始位置角的估計理論上存在±30°電角度的誤差，且需要增加霍爾元件才能輸出U、V、W三路信號，系統成本高。

(2)對于轉子上安裝的增量編碼器，在沒有U、V、W脈沖輸出的情況下，在系統首次通電時，電機轉子的絕對位置是不確定的。只能讓電機先旋轉起來，系統輸出定子電流使得電機開環轉動，當轉動到控制器接受到編碼器送來的Z脈沖時，控制器才能根據Z脈沖對應的轉子電角度值來確認轉子的初始位置。

這種方法需要在電機首次上電時，電機先開環旋轉，且旋轉的角度范圍不確定，轉子可能需要轉過360度的機械角度才能尋找到零點，接受到編碼器的Z脈沖，開始正常的控制。在此之前增量式編碼器不能給出轉子的位置信號，這就造成了電機難以起動的問題。通常情況下不允許電機轉子先開環轉動，這樣對于轉子初始位置的確定變得困難。

(3)中國專利：交流伺服系統中電機轉子初始位置的檢測方法及裝置(公開號CN1148168A)提出了一種檢測轉子初始位置的方法，通過直接控制定子三相電流的幅值和相位，以產生不同方向的定子磁場，控制轉子的轉動，使定子電流產生的磁場方向逐步逼近轉子磁場方向。但是該方法中循環逼近角度的確定需要判斷前后兩次(本次和前次)的轉動信息，邏輯判斷較復雜，由于只是通過檢測編碼器轉動一線這種極端情況，極易受到干擾，在系統存在震動或者有外界干擾情況下很可能出現檢測失誤，延長檢測周期甚至造成轉子初始位置的檢測失敗。

發明內容

本發明的目的是解決交流伺服系統中電機轉子初始位置的檢測方法及裝置專利提供的轉子檢測方法存在邏輯判斷較復雜、檢測易失敗的問題，提供了一種永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法。

本發明的方法包括以下步驟：

步驟一、初始化以下變量值：

永磁同步電機定子的q軸電流i_q＝0，永磁同步電機定子的d軸電流i_d＝0，令k＝0，轉子給定位置角θ_e(k)＝θ_e(0)＝0，