專利名稱：永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法
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；在位置伺服系統屮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屮起著相當重要的作用。
在永磁同歩電動機中，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，成木低等優點。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-
O)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，其屮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。
屮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)提出了進一歩完善的解決辦法，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屮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《軸電流~=0，永磁同步電機定子的"軸電流^=0，令 *=0，轉子給定位置角《^)=《(0)=0，
步驟二、將永磁同步電機定子的《軸電流^增加^，即^=/9+」々，W;為《 軸電流遞增值，4取永磁同步電機定子的3軸電流限幅值"^的1%~5%，步驟三、判斷是否滿足條件/,》^^，
判斷結果為是，執行步驟十一，判斷結果為否，執行步驟四，
步驟四、令《軸給定電流/^,:々、"軸給定電/^,-^，將兩相同步旋轉軸 系下的《軸給定電流/9,e/和^軸給定電流轉變成三相靜止軸系下的三相定子 電流/。、 ^和4，采用空間矢量脈寬調制控制方法輸出三相定子電流f。、 ^和^控 制永磁同步電機建立定子磁場，帶動轉子向轉子給定位置角《(A)方向旋轉，
步驟五、判斷永磁同步電機是否順時針旋轉了w線，其中設定附為永磁同 步電機允許轉動線數m取5線 10線，
判斷結果為是，執行步驟八，判斷結果為否，執行步驟六，
步驟六、判斷永磁同步電機是否逆時針旋轉了m線，
判斷結果為是，執行步驟七，判斷結果為否，永磁同步電機執行步驟二， 步驟七、給出下一個轉子給定位置角《(hl)-《(A)-^ ，然后執行步驟九，
步驟八、給出下一個轉子給定位置角《^ + 1)=《^) + ^，然后執行步驟九，
步驟九、判斷是否滿足條件^< ，其中，《為精度允許增加角度且
0.5°< <1°，判斷結果為是，執行步驟十一，判斷結果為否，執行步驟十，
步驟十、復位永磁同步電機定子的《軸電流^=0，令& = ^ + 1，然后執行步 驟二；
步驟十一、轉子初始位置角初判值《0 M)=，
步驟十二、將轉子給定位置角《(A)逆時針旋轉90度，產生一個垂直于轉子 磁場方向的轉矩，
步驟十三、令W4,"。/。， ^e/=0，根據z^,和/^,，并采用空間矢量脈寬調制控制方法控制輸出定子電流建立定子磁場，帶動轉子向轉子給定位置 角《(Q方向旋轉，
其中，^%取永磁同步電機定子的《軸電流限幅值^,的2%~5%， 步驟十四、判斷永磁同步電機是否順時針旋轉1線， 判斷結果為否，執行步驟十五，判斷結果為是，執行步驟十六，
步驟十五、獲取轉子初始位置角=《a wo ，
步驟十六、獲取轉子初始位置角《(/m加/^《(,w) + 7T 。
本發明的優點
1、 定子電流輸出相位的判斷依據由前后2次(前次和本次)轉動信息改為僅 由本次轉動信息，邏輯更加清晰，并提高了判斷的可靠性；
2、 避免僅由本次轉動信息依據逼近轉子位置時，辨識位置180°電角度極性 反相情況，加快定位時間；
3、 轉動判斷信息由僅1個增量脈沖的極限條件改為可由外部任意設定轉動 脈沖數量，保證可靠起動的同時，增強了抗擾性。
4、 電機系統在帶載或存在震動條件下也可以快速初始定位。
圖1是本發明方法的流程圖，圖2是兩相同步旋轉軸系與三相靜止軸系的 示意圖，圖3是交流伺服系統的結構示意圖，圖4是實現本發明方法的交流伺 服驅動系統的原理框圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式該方 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9軸電流~=0，永磁同步電機定子的^軸電流~=0，令
h0，轉子給定位置角《(&)-《(0)=0，
. 步驟二、將永磁同步電機定子的《軸電流々增加^，即~=~+^,， a^為《 軸電流遞增值，4取永磁同步電機定子的《軸電流限幅值"ax的1%~5%, 步驟三、判斷是否滿足條件^ > ~腿，
判斷結果為是，執行步驟十一，判斷結果為否，執行步驟四，步驟四、令《軸給定電流^^-^、"軸給定電^6/=^，將兩相同步旋轉軸 系下的《軸給定電流~,e/和"軸給定電流轉變成三相靜止軸系下的三相定子
電流/。、 /6和4，采用空間矢量脈寬調制控制方法(SVPWM)輸出三相定子電 流/。、 ^和4控制永磁同步電機建立定子磁場，帶動轉子向轉子給定位置角《(Q 方向旋轉，
步驟五、判斷永磁同步電機是否順時針旋轉了m線，其中設定m為永磁同 步電機允許轉動線數m取5線 10線，
判斷結果為是，執行步驟八，判斷結果為否，執行步驟六， 步驟六、判斷永磁同步電機是否逆時針旋轉了^線，
判斷結果為是，執行步驟七，判斷結果為否，說明永磁同步電機不轉動， 永磁同步電機執行步驟二，
步驟七、給出下一個轉子給定位置角《^ + 1)=《^)-^，然后執行步驟九，
步驟八、給出下一個轉子給定位置角《("1)=《(^ + ^，然后執行步驟九，
步驟九、判斷是否滿足條件^<"，其中，ct為精度允許增加角度且
0.5°<"<1°，判斷結果為是，執行步驟十一，判斷結果為否，執行步驟十，
步驟十、復位永磁同步電機定子的《軸電流/《=0，令* = ^ + 1，然后執行步 驟二；
步驟H"-—、轉子初始位置角初判值《C/^/)=，
步驟十二、將轉子給定位置角《(Q逆時針旋轉90度，產生一個垂直于轉子 磁場方向的轉矩，
步驟十三、令^,^g證x;^， ^e/=0，根據^,和z;^，并采用空間矢量 脈寬調制控制方法控制輸出定子電流建立定子磁場，帶動轉子向轉子給定位置 角《^)方向旋轉，
其中，；^取永磁同步電機定子的《軸電流限幅值^皿的2%~5%，
步驟十四、判斷永磁同步電機是否順時針旋轉1線，
判斷結果為否，執行步驟十五，判斷結果為是，執行步驟十六，
步驟十五、獲取轉子初始位置角=《C/^w)， 步驟十六、獲取轉子初始位置角=《(y^W) + ;r 。 注明事項本發明中提及的所有角度均為電角度。
圖3是永磁同步電機的交流伺服系統，該系統中采用增量式編碼器1采集 永磁同步電機轉子的位置信息，即A/B/Z信號給交流伺服驅動器2，采樣永磁 同步電機的定子電流4、 /6，因三相電流的固定關系，只采樣兩相即可獲得z)的 數據，采樣獲得的定子電流也反饋給交流伺服驅動器2，交流伺服驅動器2根據 反饋回來的信息發送相應的命令控制永磁同步電機。在控制永磁同步電機時的 一個非常重要的參數是轉子的位置。下面介紹一下使用增量式編碼器1實現永 磁同步電機轉子位置檢測的方法
假定它在旋轉過程中給定時間r(s)內給出脈沖數目為a，則電機轉速"(r/min) 可表示為
"=60x("/7>iV (1) 公式(1)中，7V為增量式編碼器1每轉輸出的脈沖數。 假定電機在靜止時轉子初始位置角是《(/"衍a/)，電機的極對數為p，則從 靜止開始經過時間7^)后的電機的轉子位置，與電機轉速度之間的關系為
《=《+ x (w x 77 / 60) x 2;r ( ^ )
該《(w角就是矢量控制時進行坐標變換所需要的轉子位置角。其矢量變換
方程為
<formula>formula see original document page 9</formula>
(3)
在第/個采樣時間結束后，即第/個采樣值為
—1) + 2;zrx; xa,/iV (4) 公式(3)中，Z'為正整數，a,為第/個采樣周期的脈沖計數值。 將公式(4)代入公式(3)中，求得該時刻永磁同步電機電參數在A《軸
系中的對應值后，系統可通過適當的調節器對指定量(如《軸電流^ )進行調節，
則在^=0情況下，永磁同步電機的數學模型為<formula>formula see original document page 10</formula>
公式(5)中，^為永磁同步電機旋轉角速度，^為永磁同步電機轉子勵
磁磁鏈，^為摩擦系數，z;為永磁同步電機電磁轉矩，z;為永磁同步電機負載 轉矩，《為永磁同步電機電樞等效電阻。
此時，永磁同步電機數字模型和直流電機完全相同，d軸和《軸之間實現解 耦，系統可以模仿直流電機的控制方法對永磁同步電機進行控制。
可見，永磁同步電機在轉子位置可知的情況下，借助坐標變換，可以轉換 成等效直流電機來控制。只要知道電機轉子初始位置角《(/"加w)，則轉子任意 時刻的位置都可通過公式(4)求得，本發明提出的方法就是解決獲得永磁同步 電機轉子的初始位置的問題。
本發明方法采用只輸出A/B/Z信號的普通±曾量式編碼器1,在造價方面具 有明顯的優勢，比背景技術中公開號為CN101409523的屮兇1 利涉及的可輸 出U/V/W信號狀態的增量式編碼器成本低很多。
永磁同步電動機是交流同步調速系統的主要環節，參見圖2所示，取轉子 永磁體基波勵磁磁場軸線為d軸，《軸順著旋轉方向超前"軸90度，A《軸系 隨同轉子以角速度^一道旋轉，它的空間坐標以"軸與參考軸A相軸間的角度 《("來表示，規定A相所在軸——參考軸A相軸為零度。則轉子初始位置角 《(/mY/a/)為轉子磁場與參考軸A相軸之間的夾角。
永磁同步電機的電磁轉矩基本上取決于定子電流在(？軸上的分量。而d軸 上的分量主要用途是勵磁，由于永磁同步電機的轉子磁鏈恒定不變，所以普遍 采用按轉子磁鏈定向的矢量控制，控制的實質就是通過對定子電流的控制來實 現交流永磁同步電動機的轉矩控制。轉速在基速以下時，在定子電流給定的情 況下，控制/,=0可以更有效的產生轉矩，本發明方法主要利用電磁轉矩使轉子 向設定的方向轉動，因此在步驟一中令永磁同步電機定子的9軸電流/9=0，永磁 同步電機定子的"軸電流^=0，在后續的步驟中增加^的值，而^一直為0。本發明采取的控制方式是在同步旋轉坐標系(d-q軸系)下的閉環控制, 保證d軸、q軸電流仏/《能夠跟蹤給定值——定子的^軸給定電流/^,、定子 的《軸給定電流、W。在同步旋轉坐標系下對永磁同歩電機的控制沒有直軸電樞 反應，不會使永磁體退磁，電流控制效率高，電磁轉矩能夠得到有效利用。
步驟一中初始化轉子給定位置角《(^=《(0)=0，此時hO，即給定的定子 磁場的相位角為O度。
步驟二中給永磁同步電機定子的《軸電流^增加^^ ，則定子磁場的電流大 小和相位都已給定，執行步驟三，判斷此時的永磁同步電機定子的g軸電流i《是 否大于設定的《軸電流限幅值/^ax，判斷結果為否，執行步驟四，步驟四中將 步驟二中獲得的《軸電流^賦值給《軸給定電流^^，同時令^<=^=0，根據公 式(3)，將兩相同步旋轉軸系下的《軸給定電流/^,和"軸給定電流^^轉變成 三相靜止軸系下的三相定子電流4、 /6、(，采用空間矢量脈寬調制控制方法輸 出三相定子電流/。、 /6、(控制永磁同步電機建立定子磁場，本發明提出的確定 永磁同歩電機轉子初始位置角的方法，通過控制&、 ^間接控制定子三相電流/。、 /6和(，控制量為直流量，而不是三相電流控制模式下的正弦量，控制信號的產 生不像產生正弦信號那樣復雜，可以像控制直流電機那樣來控制永磁同步電機， 控制方法簡單，控制效果明顯。
此時的定子磁場的電流值為^6/=/9， ^e/=^=0，相位為《(A)，在定子磁 場的作用下，轉子被帶動向轉子給定位置角《("方向旋轉，步驟五和步驟六就 是判斷轉子的轉動情況，如果轉子既沒有順時針轉動，也沒有逆時針轉動，說 明轉子的磁場方向可能與給定的定子磁場方向重合，為了確定這個結論，返回 執行步驟二，繼續增加一個電流遞增值^^， O相位不變，如果轉子初始位置角 《(/mY/a/)為0，則無論怎么增加《軸電流^的值，轉子都不會轉動，設定一個電
流限幅值^皿，當^^"ax時，確定結論輸出轉子初始位置角初判值
《(>^)=0;
如果轉子初始位置角不為o，則它會在給定的定子磁場作用下旋
轉，如果順時針轉動m線，確定下一個轉子給定位置角《(* + 1)=《("+ ^，即 下一個給定的定子磁場的相位為《(Q + ;，轉子順時針旋轉，說明此時給定的定子磁場的角度小于轉子磁場與A相軸的夾角，轉子要順時針旋轉向定子磁場
靠攏，以達到兩個磁場重合的目的，在判斷到這個結論后，程序將下一個定子
磁場的相位逆時針調整，使轉子磁場向給定的定子磁場相位逼近；如果逆時針 轉動m線，確定下一個轉子給定位置角《Ot + l)^《(A:)-^r，即下一個給定的定 子磁場的相位為《(/t)-^，轉子逆時針旋轉，說明此時給定的定子磁場的角度
大于轉子磁場與A相軸的夾角，轉子要逆時針旋轉向定子磁場靠攏，以達到兩 個磁場重合的目的，在判斷到這個結論后，程序將下一個定子磁場的相位順時 針調整，使轉子磁場向給定的定子磁場相位逼近。定子磁場的相位也就是轉子 給定位置角，為了控制精度， 一般m選擇5線 10線。
轉子經過步驟七或步驟八后，判斷每次轉子磁場逼近給定的定子磁場時轉 動的角度^T是否小于設定的精度允許增加角度"，0.5°< <1°，如果^<"，
說明轉子磁場與給定的定子磁場己經很接近了，在允許的精度的范圍內，認定
為轉子磁場與定子磁場重合，這時給定的磁場的相位《("即為所求的轉子磁場
所在方向，上述步驟中不斷改變定子磁場的相位，其目的就是讓給定的定子磁
場不斷的逼近實際的轉子磁場位置， 一旦滿足步驟九的條件即認定為給定的定
子磁場與轉子磁場重合，獲得步驟十一轉子初始位置角初判值《C/^0 。
本發明方法對于轉子初始位置角《(/"&W)的確定歩驟分兩個階段確定轉 子磁極方向(平行于磁場)和確定轉子磁極指向(N、 S極的方向)。第一階段 如步驟一至步驟十一所述，通過判斷編碼器轉動方向以及轉動線數(m線)確 定電角度的給定值，使定子電流產生的磁場逐漸逼近轉子磁場。，當達到電流給 定的限幅值或者精度達到要求時，完成第一階段，進入第二階段，第二階段僅 需要判斷本次轉子的轉動方向，不需要系統記錄前次轉子轉向，故系統開銷下 降，簡化了軟件編程工作。同時，給定的電流限幅值/^^、碼盤轉動線數和精 度允許增加角度"等參數都可以人為設置，可以保證每次判斷的可靠準確，避第10/12頁 免了外界干擾造成的不確定影響，增加丫控制柔性和智能程度。第二階段中， 已經判斷出轉子磁極的切線方向，存在兩種情況已判斷的方向與轉子磁極指 向重合或者相反。為了準確判斷磁極的指向，避免判斷的角度和實際的角度相 差180度，通過在已判斷的角度值基礎上增加90度的方式，再次控制定子電流 以產生垂直于第一歩屮判斷的磁場方向的電磁轉矩，使轉子具有向磁場方向法 向旋轉的趨勢，通過判斷轉子轉向，最終確定實際轉子初始位置角。完成初始 角度確定工作后，退出初始定位過程。第二階段如步驟十二至步驟十六所述， 具體說明如下
步驟十二中，將給定的定子磁場的相位逆時針旋轉90度，是為了產生一個 直于轉子磁場方向的轉矩，目的是為了通過轉子順時針還是逆時針旋轉來判斷 轉子的磁極布置，也就是轉子磁場真正的方向。步驟十三中給定的定子電流比 前述步驟中給定的電流大，目的是為了產生的定子磁場的轉矩大到足以讓轉子 轉動，不會讓轉子發生不轉動的失誤情況。
步驟十四，只要轉子轉動1線就會被檢測到，并進行判斷，步驟十四條件
如果成立，轉子順時針旋轉了，說明轉子初始位置角初判值《C/^w)指示的矢量
方向與轉子磁場實際的指示方向一致，則轉子初始位置角為《(/"/^/)=《0^0 ; 如果步驟十四不成立，則轉子逆時針旋轉了 1線，說明轉子初始位置角初判值 《C/^)指示的矢量方向與轉子磁場實際的指示方向正好相反，相差180度，則
轉子初始位置角為=《C/ wO + ;r 。
具體實施方式
二、下面結合圖1、圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式 與實施方式一的不同之處在于，步驟五中判斷電機是否順時針旋轉了w線的方
法為
. 采用增量式編碼器測量永磁同步電機轉子的位置信息，當所述增量式編碼
器輸出m個脈沖，并且輸出的A脈沖滯后于B脈沖90度時，則永磁同步電機 順時針旋轉了m線。
步驟六中判斷電機是否逆時針旋轉了 m線的方法為
采用增量式編碼器測量永磁同步電機轉子的位置信息，當所述增量式編碼 器輸出m個脈沖，并且輸出的A脈沖超前于B脈沖90度時，則永磁同步電機 逆時針旋轉了m線。其它步驟與實施方式一相同。
圖4給出一個實現本發明所述方法的交流伺服驅動器2的系統原理圖，所 述交流伺服驅動器2的交流輸入信號經過整流電路、上電軟啟動電路、濾波電 路和能耗制動電路進入IPM三相逆變橋電路，整流電路的輸出信號還通過控制 電源輸出給數字信號處理器作為工作電源，數字信號處理器輸出的軟啟動控制 信號通過繼電器控制電路輸出給上電軟啟動電路，數字信號處理器輸出的PWM 控制信號通過開關管驅動控制電路轉換成6路PWM驅動信號輸出給IPM三相 逆變橋，開關管驅動控制電路還輸出制動控制信號給能耗制動電路，電流A/D 采樣模塊將采集獲得的兩路電流信號輸出給數字信號處理器，調理電路將采集 到的編碼器信號輸出給數字信號處理器。
實施方式一所述的永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法編譯成轉子初 始位置檢測程序，設置在數字信號處理器(DSP)中，交流伺服驅動器2中以 數字信號處理器(DSP)為核心，采用增量式編碼器1測量永磁同步電機轉子 的位置信息，即A/B/Z信號，所述A/B/Z信號經過調理電路處理后輸出給數字 信號處理器。
增量式編碼器1的特征是只輸出A、 B、 Z三路脈沖信號，其中A、 B信號 是正交的，當永磁同步電機正轉時，A脈沖相位超前于B脈沖90度，當永磁同 步電機反轉時，A脈沖相位滯后于B脈沖90度，永磁同步電機每轉一圈，增量 式編碼器1輸出一個Z脈沖。數字信號處理器里面的QEP模塊參與處理增量式 編碼器l反饋回來的信號，可以獲得永磁同步電機的轉向及轉動脈沖數。
采用實施方式一所述永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法計算轉子初 始位置角《(/m'^/)，在計算轉子初始位置角過程中，由程序設定《軸 給定電流、 d軸給定電，經過坐標變換，按SVPWM方式由開關管驅動 控制電路控制IPM三相逆變橋輸出三相定子電流/。、 4和"建立定子磁場， 帶動轉子向轉子給定位置角《(W方向旋轉，基于磁場定向控制按SVPWM方式 輸出驅動信號來控制IPM三相逆變橋的工作狀態。
利用電流A/D采樣模塊采集被測永磁同步電機的兩相定子電流/ 和/6，并 輸出給數字信號處理器，因三相電流的固定關系，只采樣兩相定子電流z'。和^即 可獲得^的數據，數字信號處理器根據反饋回來的信息發送相應的命令通過IPM三相逆變橋輸出相應電機驅動信號控制永磁同步電機轉動，這是電流閉環控制， 采樣獲得的三相定子電流/。、 /6和4與程序設定的給定電流相同(經坐標變換 后)。
數字信號處理器根據電流A/D采樣模塊得到定子電流值以及增量式編碼器 1反饋回來的A/B/Z信號，采用實施方式一所述永磁同步電機轉子初始位置角 的確定方法，計算并輸出6路PWM波信號到IPM三相逆變器中，控制定子輸 出電流，進而控制定子磁場旋轉，驅動電機轉動。
定子電流的形成是由兩種參量決定的， 一種是定子電流反饋值/。、 /6和4， 一種是轉子的絕對位置信息。而僅采用A/B/Z式的增量式編碼器1不能夠獲得 轉子絕對信息，只能獲得相對增量信息，所以，采用實施方式一所述方法獲得 轉子初始位置信息，再結合增量式編碼器1獲得增量信息，來獲得轉子的絕對 信息。完成初始角度確定工作后，退出初始定位過程。 一旦初始位置信息得到 后，輸出電流的計算方法和一般增量式編碼器的就沒有區別了。
權利要求
1、永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法，其特征在于，該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iq＝0，永磁同步電機定子的d軸電流id＝0，令k＝0，轉子給定位置角θe(k)＝θe(0)＝0，步驟二、將永磁同步電機定子的q軸電流iq增加Δiq，即iq＝iq+Δiq，Δiq為q軸電流遞增值，Δiq取永磁同步電機定子的q軸電流限幅值iq max的1％～5％，步驟三、判斷是否滿足條件iq≥iq max，判斷結果為是，執行步驟十一，判斷結果為否，執行步驟四，步驟四、令q軸給定電流iqref＝iq、d軸給定電idref＝id，將兩相同步旋轉軸系下的q軸給定電流iqref和d軸給定電流idref轉變成三相靜止軸系下的三相定子電流ia、ib和ic，采用空間矢量脈寬調制控制方法輸出三相定子電流ia、ib和ic控制永磁同步電機建立定子磁場，帶動轉子向轉子給定位置角θe(k)方向旋轉，步驟五、判斷永磁同步電機是否順時針旋轉了m線，其中設定m為永磁同步電機允許轉動線數m取5線～10線，判斷結果為是，執行步驟八，判斷結果為否，執行步驟六，步驟六、判斷永磁同步電機是否逆時針旋轉了m線，判斷結果為是，執行步驟七，判斷結果為否，永磁同步電機執行步驟二，步驟七、給出下一個轉子給定位置角<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac> <mi>π</mi> <msup><mn>2</mn><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100724480002C1.tif" wi="42" he="8" top= "180" left = "107" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>然后執行步驟九，步驟八、給出下一個轉子給定位置角<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mi>π</mi> <msup><mn>2</mn><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100724480002C2.tif" wi="42" he="8" top= "191" left = "107" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>然后執行步驟九，步驟九、判斷是否滿足條件<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mi>π</mi> <msup><mn>2</mn><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup></mfrac><mo><</mo><mi>α</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100724480002C3.tif" wi="16" he="8" top= "202" left = "91" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中，α為精度允許增加角度且0.5°＜α＜1°，判斷結果為是，執行步驟十一，判斷結果為否，執行步驟十，步驟十、復位永磁同步電機定子的q軸電流iq＝0，令k＝k+1，然后執行步驟二；步驟十一、轉子初始位置角初判值θe(dirst)＝θe(k)，步驟十二、將轉子給定位置角θe(k)逆時針旋轉90度，產生一個垂直于轉子磁場方向的轉矩，步驟十三、令iqref＝iq max×p％，idref＝0，根據iqref和idref，并采用空間矢量脈寬調制控制方法控制輸出定子電流建立定子磁場，帶動轉子向轉子給定位置角θe(k)方向旋轉，其中，p％取永磁同步電機定子的q軸電流限幅值iq max的2％～5％，步驟十四、判斷永磁同步電機是否順時針旋轉1線，判斷結果為否，執行步驟十五，判斷結果為是，執行步驟十六，步驟十五、獲取轉子初始位置角θe(initial)＝θe(fisrt)，步驟十六、獲取轉子初始位置角θe(initial)＝θe(fisrt)+π。
2、 根據權利要求l所述的永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法，其特征在于，步驟五中判斷永磁同步電機是否順時針旋轉了m線的方法為采用增量式編碼器測量永磁同步電機轉子的位置信息，當所述增量式編碼 器輸出m個脈沖，并且輸出的A脈沖滯后于B脈沖90度時，則永磁同步電機 順時針旋轉了附線。
3、 根據權利要求l所述的永磁同步電機轉子初始位置角的確定方法，其特 征在于，步驟六中判斷永磁同步電機是否逆時針旋轉了w線的方法為采用增量式編碼器測量永磁同步電機轉子的位置信息，當所述增量式編碼 器輸出m個脈沖，并且輸出的A脈沖超前于B脈沖90度時，則永磁同步電機 逆時針旋轉了^線。
全文摘要
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，本發明是為了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。本發明利用控制兩相同步旋轉軸系下的d、q軸電流的幅值和相位，進而控制三相靜止軸系下的三相定子電流的幅值和相位，在給定的定子磁場下控制電機轉子的轉動，根據增量式編碼器反饋的脈沖信號，使給定磁場方向逐漸循環逼近實際的轉子位置角，直到給定的d、q軸電流對應的定子磁場方向和轉子磁場方向重合。給定的定子電流磁場方向改變90度，在轉子上面以產生一個垂直于轉子磁場方向的轉矩，根據轉子的轉動方向，最終判斷實際轉子的初始位置角度。
文檔編號H02P6/16GK101594114SQ200910072448
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月2日 優先權日2009年7月2日
發明者徐殿國, 明 楊, 里 牛, 王宏佳 申請人:哈爾濱工業大學