專利名稱：電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機控制方法及裝置，特別是一種電勵磁同步電動機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
電勵磁同步電機高性能控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子初始位置角檢測可靠與否直接影響電機的順利起動。矢量控制系統(tǒng)在啟動時為了產(chǎn)生正確的電壓空間矢量，以便保證電機順利啟動也需要知道電機的轉(zhuǎn)子初始位置角，否則會因定子磁鏈觀測不準確降低系統(tǒng)起動性能， 嚴重時導致系統(tǒng)起動失敗。電勵磁同步電動機以其效率高、功率因數(shù)高且可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)機械傳動，特別是在大功率傳動中廣泛應(yīng)用。目前，出現(xiàn)了幾種同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測的方法。一種簡單的方法是在定子側(cè)不通電情況下，轉(zhuǎn)子繞組上加直流勵磁，在轉(zhuǎn)子電流從零增大到穩(wěn)態(tài)值過程中檢測定子繞組中感應(yīng)電壓，通過純積分電壓模型獲得磁通的幅值和位置角。由于定位期間定子不通電，氣隙磁通即是轉(zhuǎn)子磁通，所得的磁通位置角能真實反映轉(zhuǎn)子磁極位置。該方案雖然簡單，但是轉(zhuǎn)子突加直流勵磁，定子繞組感應(yīng)到的電壓會很快衰減，并且在實際系統(tǒng)中，純積分電壓模型不能消除積分初始值、A/D采樣帶來的直流偏置誤差、逆變器非線性以及高頻噪聲干擾問題，均影響檢測精度。另一種方法是將電壓模型進行改進，采用新電壓模型，新電壓模型雖然能消除積分初始值，但仍會存在上述直流偏置誤差及高頻噪聲干擾等因素影響轉(zhuǎn)子初始位置角的檢測精度。近年來，出現(xiàn)了通過在靜止轉(zhuǎn)子繞組中通入交流電流或直流脈動電流方法，利用系統(tǒng)中已有的電流傳感器檢測定子三相短路繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流及轉(zhuǎn)子電流，構(gòu)造出一種轉(zhuǎn)子初始位置估計器，最終得到轉(zhuǎn)子位置信息。其優(yōu)點是解決了直流勵磁影響定子側(cè)感應(yīng)到的電壓或電流快速衰減的問題，檢測精度較高，但是算法復雜，實現(xiàn)起來比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法存在的檢測精度低、算法復雜的問題，提供一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法及裝置。本發(fā)明方法的具體步驟
步驟一、定子側(cè)不通電，轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用H橋式逆變器供電，勵磁方式為正弦交流勵
磁；
步驟二、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生交替變化磁鏈通過氣隙鉸鏈到定子繞組中，通過電壓傳感器檢測定子繞組感應(yīng)到的正弦電壓；
步驟三、采集的感應(yīng)電壓經(jīng)變換為兩相靜止坐標系下的電壓信號，送給純積分電壓模型得到兩相靜止坐標系下的定子磁鏈，即轉(zhuǎn)子磁鏈；
步驟四、兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈經(jīng)滑動DFT算法提取出基波磁鏈及其幅值； 步驟五、對兩相基波磁鏈在第一個1/2基波周期附近的某一采樣時刻進行采樣，根據(jù)
3兩相基波的符號判斷轉(zhuǎn)子初始位置角所在象限；
步驟六、由兩相基波磁鏈的幅值并結(jié)合轉(zhuǎn)子初始位置角所在象限計算出轉(zhuǎn)子初始位置該裝置包括三相電壓源型逆變器、電勵磁同步電機、H橋式逆變器、DSP控制系統(tǒng)、 PC機、ra調(diào)節(jié)器、電壓傳感器和電流傳感器。三相電源通過三相電壓源型逆變器與電勵磁同步電機連接，在三相電壓源型逆變器與電勵磁同步電機之間的電源線上連接有電壓傳感器，電壓傳感器與DSP控制系統(tǒng)的輸入端連接，DSP控制系統(tǒng)的輸出端與PC機連接；直流電源通過H橋式逆變器與電勵磁同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，在H橋式逆變器與電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組之間的電源線上連接有電流傳感器，交流電源通過反饋環(huán)節(jié)送給PR 調(diào)節(jié)器，I3R調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過DSP控制系統(tǒng)計算出占空比，輸出IGBT驅(qū)動信號，IGBT驅(qū)動信號與H橋式逆變器連接。有益效果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用轉(zhuǎn)子正弦勵磁方式，避免了傳統(tǒng)方法采用轉(zhuǎn)子突加直流勵磁，定子繞組感應(yīng)電壓的快速衰減對角度的檢測存在較大誤差。在實際系統(tǒng)中，傳統(tǒng)方法的磁鏈觀測器對感應(yīng)到定子繞組的電壓進行純積分觀測到定子磁鏈，雖然方法簡單，但是不能解決積分初始值、A/D采樣帶來的直流偏置以及高頻干擾問題，因此現(xiàn)有技術(shù)檢測的轉(zhuǎn)子初始位置角誤差較大。本發(fā)明采用SDFT算法對靜止兩相坐標系下的兩相磁鏈觀測器的磁鏈進行分析，提取出兩相磁鏈的基波信號，消除了傳統(tǒng)方法因采集電壓帶來的直流誤差以及高頻噪聲干擾，最后對兩相磁鏈基波信號的幅值取反正切所得角度即為轉(zhuǎn)子初始位置角。本發(fā)明采用轉(zhuǎn)子正弦勵磁方式，并基于SDFT算法對同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角進行檢測，使得同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角誤差限制在士 1° (電氣角)范圍之內(nèi)，滿足同步電機矢量控制系統(tǒng)起動時對轉(zhuǎn)子初始位置角檢測精度的要求。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單可靠、易于實現(xiàn)，避免了因采樣帶來的直流偏置誤差以及高頻干擾對轉(zhuǎn)子初始位置角辨識算法的影響，抗干擾性強，檢測精度高且不需要額外的硬件開銷，可獲得滿意的轉(zhuǎn)子初始位置角檢測結(jié)果。


圖1是本發(fā)明方法的流程圖。圖2是本發(fā)明的主電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3是SDFT的原理圖。圖4是本發(fā)明的軟件控制原理框圖。圖2中，U1、三相電壓源型逆變器；U2、電勵磁同步電機(SM) ；U3、H橋式逆變器； U4、DSP控制系統(tǒng)；U5、PC機；U6、電壓傳感器；U7、電流傳感器。
具體實施例方式實施例1 實現(xiàn)本發(fā)明方法的步驟
步驟一、定子側(cè)不通電，轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用H橋式逆變器供電，勵磁方式為正弦交流勵
磁；
步驟二、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生交替變化磁鏈通過氣隙鉸鏈到定子繞組中，通過電壓傳感器檢
4測定子繞組感應(yīng)到的正弦電壓；
步驟三、采集的感應(yīng)電壓經(jīng)變換為兩相靜止坐標系下的電壓信號，送給純積分電壓模型得到兩相靜止坐標系下的定子磁鏈，即轉(zhuǎn)子磁鏈；
步驟四、兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈經(jīng)滑動DFT算法提取出基波磁鏈及其幅值； 滑動 DFT 表英文表示為Slide Discrete Fourier Transform，即 SDFT，滑動 DFT 算法原理分析不同時刻其輸入樣本對應(yīng)的頻譜，這就相當于用一個固定長度隨時間滑動的滑動窗口來選擇樣本，這種在一個滑動窗口內(nèi)計算N點DFT的算法稱為滑動DFT算法。本發(fā)明中，滑動DFT算法就是把磁鏈觀測器觀測到的靜止兩相坐標系下的兩相定子磁鏈作為滑動DFT的輸入信號，并兩相磁鏈進行快速傅立葉頻譜分析，提取所需兩相磁鏈的基波信號，由于定位期間定子不通電，兩相定子磁鏈即是轉(zhuǎn)子磁鏈，因此對兩相磁鏈基波信號的幅值取反正切所得角度即為轉(zhuǎn)子初始位置角。該算法運算速度較快，并且輸出為基波信號，避免了直流偏移及高頻干擾信號對磁鏈觀測的影響，提高了轉(zhuǎn)子初始位置角檢測的精度。步驟五、對兩相基波磁鏈在第一個1/2基波周期附近的某一采樣時刻進行采樣， 根據(jù)兩相基波的符號判斷轉(zhuǎn)子初始位置角所在象限；
步驟六、由兩相基波磁鏈的幅值并結(jié)合轉(zhuǎn)子初始位置角所在象限計算出轉(zhuǎn)子初始位置本發(fā)明的裝置包括三相電壓源型逆變器U1、電勵磁同步電機U2、H橋式逆變器U3、 DSP控制系統(tǒng)U4、PC機U5、電壓傳感器U6和電流傳感器U7，三相電源通過三相電壓源型逆變器Ul與電勵磁同步電機U2連接，在三相電壓源型逆變器Ul與電勵磁同步電機U2之間的電源線上連接有電壓傳感器U6，電壓傳感器U6與DSP控制系統(tǒng)U4的輸入端連接，DSP控制系統(tǒng)U4的輸出端與PC機U5連接；直流電源通過H橋式逆變器U3與電勵磁同步電機U2 的轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，在H橋式逆變器U3與電勵磁同步電機U2轉(zhuǎn)子勵磁繞組之間的電源線上連接有電流傳感器U7，交流電源通過反饋環(huán)節(jié)送給DSP控制系統(tǒng)U4并計算出占空比， 輸出IGBT驅(qū)動信號，IGBT驅(qū)動信號與H橋式逆變器U3連接。所述的DSP控制系統(tǒng)為TI公司的32位DSP-TMS320F28335 ；所述的電壓傳感器為 LEM公司的LM8-P ；所述的電流傳感器為LEM公司的LA^-NP ；所述的三相電壓源型逆變器為hfineon公司的BSM50GB120DLC型號；所述的H橋式逆變器為DR50A型逆變器。本發(fā)明方法的具體步驟
步驟一、定子側(cè)不通電，轉(zhuǎn)子采用電流閉環(huán)控制，且轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用H橋式逆變器供電，勵磁方式為正弦交流勵磁。通過改變給定正弦信號的幅值與頻率來控制H橋IGBT的通斷，從而得到合適的正弦交流電流，供給轉(zhuǎn)子勵磁繞組。步驟二、采集定子繞組中感應(yīng)的電壓信號U他、um,并變換成兩相靜止坐標系下的 Uas^UfisO具體方法為
步驟a、電壓檢測單元采用LEM公司的LM8-P電壓傳感器，經(jīng)電平處理電路、A/D采樣后送給控制系統(tǒng)，從而檢測到線電壓《ΑΒ、“；
步驟b、將線電壓u描、Um轉(zhuǎn)換為三相相電壓uk、yB和uc = -uA-uB ；
步驟C、將三相靜止坐標系下的Uk、 和變換成兩相靜止坐標系下的^s、&s。步驟三、i/as、&s通過純積分電壓模型得到定子磁鏈Ψ as、Ψ“。由于定位期間定
5子側(cè)不通電，沒有定子電樞反應(yīng)作用，定子磁鏈即是轉(zhuǎn)子磁鏈。步驟四、轉(zhuǎn)子磁鏈Ψ”、F0s通過SDFT提取出基波Ψ' as、^es及其幅值
權(quán)利要求
1. 一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法，其特征是本發(fā)明方法的具體步驟步驟一、定子側(cè)不通電，轉(zhuǎn)子勵磁繞組采用H橋式逆變器供電，勵磁方式為正弦交流勵磁；步驟二、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生交替變化磁鏈通過氣隙鉸鏈到定子繞組中，通過電壓傳感器檢測定子繞組感應(yīng)到的正弦電壓；步驟三、采集的感應(yīng)電壓經(jīng)變換為兩相靜止坐標系下的電壓信號，送給純積分電壓模型得到兩相靜止坐標系下的定子磁鏈，即轉(zhuǎn)子磁鏈；步驟四、兩相靜止坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈經(jīng)滑動DFT算法提取出基波磁鏈及其幅值； 步驟五、對兩相基波磁鏈在第一個1/2基波周期附近的某一采樣時刻進行采樣，根據(jù)兩相基波的符號判斷轉(zhuǎn)子初始位置角所在象限；步驟六、由兩相基波磁鏈的幅值并結(jié)合轉(zhuǎn)子初始位置角所在象限計算出轉(zhuǎn)子初始位置
2. 一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測裝置，其特征是該裝置包括三相電壓源型逆變器、電勵磁同步電機、H橋式逆變器、DSP控制系統(tǒng)、PC機、ra調(diào)節(jié)器、電壓傳感器和電流傳感器，三相電源通過三相電壓源型逆變器與電勵磁同步電機連接，在三相電壓源型逆變器與電勵磁同步電機之間的電源線上連接有電壓傳感器，電壓傳感器與DSP控制系統(tǒng)的輸入端連接，DSP控制系統(tǒng)的輸出端與PC機連接；直流電源通過H橋式逆變器與電勵磁同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，在H橋式逆變器與電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組之間的電源線上連接有電流傳感器，交流電源通過反饋環(huán)節(jié)送給PR調(diào)節(jié)器，PR調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過DSP 控制系統(tǒng)計算出占空比，輸出IGBT驅(qū)動信號，IGBT驅(qū)動信號與H橋式逆變器連接。
全文摘要
一種電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置角檢測方法及裝置，屬于電機的控制方法及裝置。該裝置的三相電源通過三相電壓源型逆變器與電勵磁同步電機連接，在三相電壓源型逆變器與電勵磁同步電機之間的電源線上連接有電壓傳感器，電壓傳感器與DSP控制系統(tǒng)的輸入端連接，DSP控制系統(tǒng)的輸出端與PC機連接；直流電源通過H橋式逆變器與電勵磁同步電機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組連接，在H橋式逆變器與電勵磁同步電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組之間的電源線上連接有電流傳感器，IGBT驅(qū)動信號與H橋式逆變器連接。優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單可靠、易于實現(xiàn)，抗干擾性強，檢測精度高且不需要額外的硬件開銷，可獲得轉(zhuǎn)子初始位置角檢測結(jié)果。
文檔編號H02P21/14GK102208895SQ20111015755
公開日2011年10月5日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者于月森, 伍小杰, 吳迪, 周二磊, 宗偉林, 左東升, 戴鵬, 符曉, 耿乙文, 胡永鋒, 袁慶慶 申請人:中國礦業(yè)大學, 徐州寶迪電氣有限公司