[實用新型]一種基于編碼器自動調零的永磁同步電機控制系統

有效

• 申請號: 201320274723.1
• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN203251268U
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 沈建新;何磊杰;繆冬敏
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/02;H02P27/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 周麗娟

技術領域

本實用新型屬于電機控制技術領域，具體涉及一種基于編碼器自動調零的永磁同步電機控制方法及系統。

背景技術

隨著科學技術的迅速發展，伺服控制系統在許多高科技領域得到非常廣泛的應用，如機器人控制、數控機床、大規模集成電路制造、辦公自動化、柔性制造系統、航空航天、雷達與各種軍用武器跟隨系統等。目前市場上伺服系統多使用永磁同步電機，而要實現高性能永磁同步伺服系統的高精度控制需要時刻獲取轉子位置信號。現有的永磁同步伺服電機轉子位置檢測的主要方法可分為機械位置傳感器和無傳感器檢測兩大類。其中機械傳感器主要有旋轉變壓器法、光電編碼器法（絕對式和增量式）。無傳感器法主要有高次諧波注入法，基于反電勢檢測法等。不過這些方法各有其不足之處：

旋轉變壓器法輸出與轉子位置有關的電壓信號，為得到轉子位置需要進行解調，用到的專用解碼器價格昂貴；絕對式光電編碼器檢測法能夠輸出多位二進制，多位二進制與轉子位置一一對應，但是光電編碼器碼盤道數有限，定位精度收到很大影響。同時信號的并行傳輸，引線較多，增加系統復雜程度，降低系統可靠性。

增量式光電編碼器檢測法為當前市場采用率最高的方法，其具有定位精度高、算法應用成熟，成本低廉等特點。但該方法輸出的不是轉子絕對位置信號，因此在使用前需要人工調零。目前人工調零所采用的方法是向永磁同步電機施加特定電壓矢量，將其定在固定位置后，通過觀察編碼器輸出U相信號和Z脈沖信號進行多次調整。不僅步驟繁雜，需要額外工具，同時對操作人員也有一定技術要求。另外在不知道電機轉子初始位置的情況下施加特定電壓矢量，會發生轉子反轉的情況。這在一部分永磁同步電機中是不允許發生的。

反電勢檢測法雖不需增加額外設備，但其魯棒性差，對電流檢測設備精確性要求高，更致命的是在低速及零速運行下，無法準確獲得電機轉子位置。

嚴帥等在標題為永磁交流伺服系統及其先進控制策略研究（哈爾濱工業大學博士學位論文，pp.11-12，2009年4月）的文獻指出了高頻信號注入法的應用，解決了低速下轉子位置檢測的問題，但在檢測信號時不僅對硬件設備要求高，同時在信號處理上多處用到帶通濾波器及同步軸系高通濾波器，會引入一定的時滯及相位滯后，不能很好滿足高精度SVPWM（空間矢量脈寬調制）的控制要求，同時注入的高頻信號在運行中會引入較大噪聲。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本實用新型提供了一種基于編碼器自動調零的永磁同步電機控制方法及系統，無需進行編碼器手動調零，即能精確檢測轉子位置。

一種基于編碼器自動調零的永磁同步電機控制方法，包括如下步驟：

（1）采集電機的三相定子電流，利用增量式編碼器獲取電機的轉子位置增量脈沖信號和轉子Z脈沖信號，并對三相定子電流進行Clarke變換得到三相定子電流在α-β靜止坐標系下的分量；

（2）根據三相定子電流在α-β靜止坐標系下的分量以及所述的轉子位置增量脈沖信號和轉子Z脈沖信號進行編碼器零位檢測，得到編碼器零位補償量；

（3）根據轉子位置增量脈沖信號、轉子Z脈沖信號以及編碼器零位補償量，計算出電機的轉子位置角和轉速；

（4）對于首個控制周期，自主生成電壓指令在α-β靜止坐標系下的α軸分量U_α1和β軸分量U_β1，進而通過SVPWM技術構造得到一組PWM信號以對電機逆變器進行控制；

對于第二個控制周期，根據三相定子電流在α-β靜止坐標系下的分量，提取出電機的轉子位置初測角；根據轉子位置初測角生成電壓指令在α-β靜止坐標系下的α軸分量U_α2和β軸分量U_β2，進而通過SVPWM技術構造得到一組PWM信號以對電機逆變器進行控制；

對于之后其他控制周期，根據電機的轉子位置角和轉速通過電機控制策略，生成電壓指令在α-β靜止坐標系下的α軸分量U_α和β軸分量U_β，進而通過SVPWM技術構造得到一組PWM信號以對電機逆變器進行控制。

所述的步驟（2）中，通過以下方法進行編碼器零位檢測：

A1.根據三相定子電流在α-β靜止坐標系下的分量，提取出電機的轉子位置初測角；

A2.根據三相定子電流在α-β靜止坐標系下的分量以及所述的轉子位置初測角進行磁極位置辨識，生成轉子初始位置角；

A3.根據轉子初始位置角通過轉子定位法，確定轉子定位電壓矢量及其在三相靜止坐標系下的電角度；