[發明專利]永磁同步電機的電角度旋向和初始值辨識方法及系統

有效

• 申請號: 201510188133.0
• 申請日: 2015-04-21
• 公開（公告）號: CN104779879B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 宋寶;徐健;李羲輪;鄭世祺;陳天航;張航天;唐小琦;周向東
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P25/022
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制領域，更具體地說，涉及一種永磁同步電機電角度初始值和旋向的辨識方法及系統。

背景技術

隨著科學技術的發展，機器人、數控機床、航空航天、先進制造裝備等領域對現代電伺服系統提出了越來越高的要求，而永磁同步電機伺服驅動技術因其體積小、能耗低、控制性能好，逐漸成為了電伺服系統的“主流”。電伺服系統精度對永磁同步電機的磁場定向要求很高，必須對永磁同步電機的磁場進行定向控制，才能使得電伺服系統具有高精度以適應實際需求。

要實現永磁同步電機的磁場定向控制，就必須知道轉子的電角度旋向和初始值。

申請號為201310309619.6的專利文獻中，公開了一種永磁同步電機初始角度辨識方法，該方法通過判斷定子電流的角度和轉子磁鏈角度的關系，使用二分法逐漸使定子電流的角度(簡稱為電角度)靠近轉子磁鏈的角度。該方案無需編碼器提供初始角度信息，即可控制永磁同步電機正常啟動，且得到正確初始角時，轉子所轉動的幅度很小，可滿足不同電機的啟動需求。

但是，上述專利文獻所披露的技術方案中，其默認電角度旋轉方向和電機的旋轉方向是一致的，而實際上由于各廠家電機UVW三相線圈定義上的差異和編碼器安裝和接線上的不同，常常存在電機編碼器反饋角度旋向與電角度旋向反向的情況。在這種情況下，該方案中的方法將不能收斂，使得電機將一直處于微震狀態，不能獲得電機的初始角度。

另外，該方法在調零過程中，若電機軸受到了擾動而旋轉了較大的角度，轉子磁鏈角度搜索步長角將無法自動增大以適應轉子磁鏈角度的變化，最終導致收斂速度較慢甚至無法收斂，從而無法準確獲得電機的初始角度。

發明內容

針對上述現有技術的缺點和不足，本發明提供一種永磁同步電機電角度旋向和初始值的辨識方法及系統，其通過獲得轉子磁鏈角度的估計值并以此控制定子電流，進而使得轉子磁鏈角度估計值與轉子磁場角度的真實值逐漸重合，從而實現在電角度旋向不正確時或在執行辨識的過程中轉子受到了不可預期的擾動后，自動適應并完成電角度初始角度和旋向的辨識。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其包括：

(1)設置轉子磁鏈角度的初始估計值為零，并獲得轉子磁鏈角度的初始估計值；

(2)輸出角度為磁鏈角度估計值的定子電流，使得轉子受該定子電流作用產生位移；

(3)根據該位移確定轉子磁鏈角度的估計值與轉子磁鏈角度的真實值的位置關系，并依靠該位置關系，以一定的步長角進行轉子磁鏈角度搜索，得到一個更準確的轉子磁鏈角度的估計值；

重復執行以上步驟(2)和(3)，直至轉子保持靜止一段時間且轉子沒有超過給定的位移范圍限制，表明此時轉子磁鏈角度的估計值與真實值重合，該磁鏈角度估計值與編碼器反饋的轉子角度之差值即為電角度的初始值。

作為本發明的改進，所述轉子磁鏈角度的估計值通過如下公式確定：

θ_esti(n)＝θ_esti(n-1)-ro(n)θ_step(n)

其中，θ_esti(n)為轉子磁鏈角度的估計值，θ_step(n)為轉子磁鏈角度搜索步長角，ro(n)為轉子磁鏈角度的旋向，代表了上周期磁鏈角度的估計值和磁鏈角度的真實值的相對位置關系，n為搜索磁鏈角度的次數序號。

作為本發明的改進，所述轉子磁鏈角度搜索步長角θ_step(n)具體為：

其中，旋向ro(n)值為1代表旋轉的方向為正向，值為-1代表旋轉的方向為反向，為0代表未執行辨識操作。

作為本發明的改進，若轉子磁鏈角度搜索步長角θ_step(n)＞20°，則令θ_step(n)＝20°，若θ_step(n)＜0.1°，則令θ_step(n)＝0.1°。

作為本發明的改進，所述電機轉子的靜止指在轉子編碼器單次移動的角度小于單次最大允許移動角度，而且定子電流為額定電流值且電機持續靜止一定時間。