本發(fā)明屬于同步電機控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測精度的方法。

背景技術(shù)：

三級式同步電機矢量控制的實現(xiàn)離不開一項很重要的技術(shù)，那就是對于轉(zhuǎn)子位置的實時檢測。只有精準(zhǔn)地檢測出轉(zhuǎn)子的位置，才能夠施加正確的電壓矢量實現(xiàn)矢量控制。如果轉(zhuǎn)子位置檢測得不夠準(zhǔn)確，很可能會導(dǎo)致系統(tǒng)施加錯誤的電壓矢量，使電機輸出轉(zhuǎn)矩下降，甚至可能會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。

由于旋轉(zhuǎn)變壓器在安裝時會不可避免地存在安裝誤差，此安裝誤差會導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)變壓器檢測出的轉(zhuǎn)子位置與真實位置存在偏差，繼而導(dǎo)致矢量控制效果大打折扣。所以在安裝好旋轉(zhuǎn)變壓器之后，應(yīng)該設(shè)法檢測出真實的轉(zhuǎn)子位置，得到安裝誤差，將此安裝誤差輸入到控制器中，就可以利用旋轉(zhuǎn)變壓器實時地得到正確的轉(zhuǎn)子位置。

目前同步電機轉(zhuǎn)子初始位置的檢測方法大致上可分為以下兩類：

(1)預(yù)定位法。通過施加特定角度的電壓矢量，使同步電機轉(zhuǎn)子的d軸正方向旋轉(zhuǎn)至同步電機定子的A軸，從而確定電機轉(zhuǎn)子的初始位置。采用該方法時，需要讓電機的負載為輕載或者空載才能保證轉(zhuǎn)子檢測精度。而且采用該方法定位時，電機的轉(zhuǎn)子位置可能會發(fā)生變動。在某些場合，同步電機轉(zhuǎn)子端的負載始終較大，并且不允許反轉(zhuǎn)，此時上述方法就無法滿足要求。

(2)利用同步電機的凸極特性。利用三級式同步電機主發(fā)電機的凸極特性，使用脈沖電壓注入法獲取360°電角度范圍內(nèi)的三相電流響應(yīng)值，并對電流數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)變換處理，最后使用傅里葉級數(shù)擬合變換之后得到的響應(yīng)電流曲線，從而有效地濾除勵磁電流脈動的干擾，提高轉(zhuǎn)子初始位置檢測的精度。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子初始位置處于定子的a相附近時，由于d軸正方向附近的數(shù)據(jù)點過少，在此利用傅里葉擬合得到的擬合曲線無法很好地反映出數(shù)據(jù)點的變化規(guī)律，傅里葉擬合的效果會大打折扣，故轉(zhuǎn)子初始位置檢測的精度較差。所以要想提高該檢測方法的可靠性，需要對傅里葉擬合的算法加以改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種提高三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測精度的方法。

技術(shù)方案

一種提高三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測精度的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：給三級式同步電機的主發(fā)電機勵磁繞組施加勵磁電壓；

步驟2：以定子的a相為起點，設(shè)置每隔5°電角度施加幅值恒定的電壓矢量脈沖。電壓脈沖矢量的幅值為18.4V，一共施加360°電角度，一個檢測周期內(nèi)共有72個數(shù)據(jù)點；

步驟3：采集三相電流響應(yīng)曲線的最大值：將所施加的脈沖電壓矢量u的方向定義為d'軸正方向，將電流數(shù)據(jù)從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)d'q'坐標(biāo)系，得到d'軸電流響應(yīng)值i_d'；

步驟4：檢測i_d'響應(yīng)數(shù)據(jù)點最大值所處的位置，將其作為d軸正方向所處的位置；

步驟5：將180°定為平移后數(shù)據(jù)點最大值所處的位置，確定所需的平移量X°，根據(jù)所需的平移量對i_d'進行平移，得到i_d″；

步驟6：采用三階傅里葉擬合上一步驟中得到的i_d″數(shù)據(jù)點，檢測出i_d″數(shù)據(jù)點最大值所處的位置Y°；

步驟7：則d軸正方向與定子a相之間相差的電角度為Y°-X°，根據(jù)初始角為使永磁體的d軸與定子繞組a相軸線對齊而旋轉(zhuǎn)的電角度得知轉(zhuǎn)子的初始位置。

有益效果

本發(fā)明提出的一種提高三級式同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測精度的方法，通過對現(xiàn)有傅里葉擬合算法進行改進，解決三級式同步電機在零位附近定位不準(zhǔn)的問題，從而提高轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法的可靠性。

優(yōu)越性：

(1)解決了零位附近定位不準(zhǔn)的問題。

(2)將i_d'響應(yīng)數(shù)據(jù)點最大值所處的位置平移到最佳擬合精度處，能顯著提高定位精度。

附圖說明

圖1：定子三相電流響應(yīng)曲線

圖2：采用三階傅里葉擬合后的i_d'響應(yīng)曲線

圖3：平移前i_d'響應(yīng)曲線

圖4：平移后i_d'響應(yīng)曲線

圖5：定位誤差與平移后d軸正方向所處位置之間的關(guān)系圖

圖6：采用三階傅里葉擬合平移到180°處的數(shù)據(jù)點

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

(1)給三級式同步電機的主發(fā)電機勵磁繞組施加勵磁電壓；

(2)以定子的a相為起點，設(shè)置每隔5°電角度施加幅值恒定的電壓矢量脈沖。電壓脈沖矢量的幅值為18.4V，一共施加360°電角度，則一個檢測周期內(nèi)共有72個數(shù)據(jù)點。

如果每隔5°電角度施加電壓脈沖矢量，一共施加360°電角度，則一個檢測周期內(nèi)共有72個數(shù)據(jù)點，精度已經(jīng)能滿足要求。若再增加數(shù)據(jù)點的個數(shù)，精度的提升并不是很明顯，但定位過程所需的時間會成比例地增加，所以每隔5°電角度施加電壓脈沖矢量較為合適。電壓脈沖矢量的幅值要求在每一次施加時保持一致，采用的18.4V，效果較好。

(3)采集三相電流響應(yīng)曲線的最大值，如圖1所示。將所施加的脈沖電壓矢量u的方向定義為d'軸正方向，將電流數(shù)據(jù)從三相靜止坐標(biāo)系變換到d'q'坐標(biāo)系(兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系)，得到d'軸電流響應(yīng)值i_d'。

(4)檢測i_d'響應(yīng)數(shù)據(jù)點最大值所處的位置，將其近似地作為d軸正方向所處的位置。

(5)當(dāng)轉(zhuǎn)子初始位置在0°附近時，若想將d軸正方向平移到90°處，可將θ＝270°～360°范圍內(nèi)的點往左平移360°，然后整體往右平移90°，如圖3與圖4所示。將d軸正方向平移到90°處雖然能提高精度，但精度不一定最高。所以應(yīng)探究將d軸正方向平移到何處時傅里葉擬合的精度達到最高。以圖5中的實驗數(shù)據(jù)為例，采用三階傅里葉擬合的定位誤差與平移后d軸正方向所處位置之間的關(guān)系如圖6所示。從圖6中可以看出，將d軸正方向平移到180°附近時定位誤差最小。故應(yīng)將180°定為平移后數(shù)據(jù)點最大值所處的位置，從而確定所需的平移量X°。根據(jù)所需的平移量將步驟(3)中的i_d'電流數(shù)據(jù)進行平移，得到i_d″。

將d軸正方向平移到90°處雖然能提高精度，但精度不一定最高。所以應(yīng)探究將d軸正方向平移到何處時傅里葉擬合的精度達到最高。然后我們通過試驗發(fā)現(xiàn)將d軸正方向平移到180°處擬合的精度最高，所以以后平移時應(yīng)該將d軸正方向平移到180°處。

i_d'響應(yīng)曲線的橫坐標(biāo)是脈沖電壓矢量與定子a相之間的夾角，縱坐標(biāo)是在該角度下施加脈沖電壓矢量所得到的i_d'響應(yīng)值。i_d'響應(yīng)曲線最大值所處的位置就是d軸正方向，也就是d軸正方向與定子a相之間相差的電角度值。平移操作其實就是對i_d'響應(yīng)曲線的橫坐標(biāo)進行了變換處理，將d軸正方向平移到180°處，使d軸正方向的左右兩邊都有較多的數(shù)據(jù)點，這能提高傅里葉擬合的精度與可靠性。本步驟中得到的i_d'就是下一步驟中“平移后的i_d'”。為了加以區(qū)分，在正文中將“平移后的i_d'”命名為i_d″；

(6)采用三階傅里葉擬合i_d″響應(yīng)數(shù)據(jù)點，檢測出數(shù)據(jù)點最大值所處的位置Y°。

(7)平移前d軸正方向所處的位置即為Y°-X°。根據(jù)初始角為使永磁體的d軸與定子繞組a相軸線對齊而旋轉(zhuǎn)的電角度得知轉(zhuǎn)子的初始位置。

i_d'響應(yīng)曲線的橫坐標(biāo)是脈沖電壓矢量與定子a相之間的夾角，縱坐標(biāo)是在該角度下施加脈沖電壓矢量所得到的i_d'響應(yīng)值。i_d'響應(yīng)曲線最大值所處的位置就是d軸正方向，檢測出該值，也就檢測出了d軸正方向與定子a相之間相差的電角度值，從而也就知道了轉(zhuǎn)子的初始位置。舉個例子，假設(shè)d軸正方向處于30°附近，我們將d軸正方向往右平移到180°附近，得到i_d″，平移量為150°。擬合i_d″響應(yīng)曲線，發(fā)現(xiàn)其最大值所處的位置為181.3°，但因為我們將d軸正方向往右平移了150°，所以d軸正方向?qū)嶋H所處的位置為181.3°-150°＝31.3°。也就是說，d軸正方向與定子a相之間相差31.3°電角度，從而也就知道了轉(zhuǎn)子的初始位置。

在圖2的例子中，原始的定位誤差為8.4°，而采用平移算法時的定位誤差為0.6°。在圖5的例子中，原始的定位誤差為1°，而采用平移算法時的定位誤差為0.5°，這充分證明了平移算法的優(yōu)越性。