永磁同步電機的電角度旋向和初始值辨識方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及永磁同步電機控制領(lǐng)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(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機器人、數(shù)控機床、航空航天、先進制造裝備等領(lǐng)域?qū)ΜF(xiàn)代 電伺服系統(tǒng)提出了越來越高的要求，而永磁同步電機伺服驅(qū)動技術(shù)因其體積小、能耗低、控 制性能好，逐漸成為了電伺服系統(tǒng)的"主流"。電伺服系統(tǒng)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(tǒng)具有高精度以 適應(yīng)實際需求。
[0003] 要實現(xiàn)永磁同步電機的磁場定向控制，就必須知道轉(zhuǎn)子的電角度旋向和初始值。
[0004] 申請?zhí)枮?01310309619. 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(zhuǎn)子磁鏈角度的關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)動的幅度很小，可滿足不 同電機的啟動需求。
[0005] 但是，上述專利文獻所披露的技術(shù)方案中，其默認電角度旋轉(zhuǎn)方向和電機的旋轉(zhuǎn) 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(tài)，不能獲得電機的初始角度。
[0006] 另外，該方法在調(diào)零過程中，若電機軸受到了擾動而旋轉(zhuǎn)了較大的角度，轉(zhuǎn)子磁鏈 角度搜索步長角將無法自動增大以適應(yīng)轉(zhuǎn)子磁鏈角度的變化，最終導(dǎo)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(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)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(tǒng)，其通過獲得轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值并以此控制定子電流，進而使 得轉(zhuǎn)子磁鏈角度估計值與轉(zhuǎn)子磁場角度的真實值逐漸重合，從而實現(xiàn)在電角度旋向不正確 時或在執(zhí)行辨識的過程中轉(zhuǎn)子受到了不可預(yù)期的擾動后，自動適應(yīng)并完成電角度初始角度 和旋向的辨識。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)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：
[0009] (1)設(shè)置轉(zhuǎn)子磁鏈角度的初始估計值為零，并獲得轉(zhuǎn)子磁鏈角度的初始估計值；
[0010] (2)輸出角度為磁鏈角度估計值的定子電流，使得轉(zhuǎn)子受該定子電流作用產(chǎn)生位 移；
[0011] (3)根據(jù)該位移確定轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值與轉(zhuǎn)子磁鏈角度的真實值的位置關(guān) 系，并依靠該位置關(guān)系，以一定的步長角進行轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索，得到一個更準確的轉(zhuǎn)子磁 鏈角度的估計值；
[0012] 重復(fù)執(zhí)行以上步驟（2)和（3)，直至轉(zhuǎn)子保持靜止一段時間且轉(zhuǎn)子沒有超過給定 的位移范圍限制，表明此時轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子角度之差值即為電角度的初始值。
[0013] 作為本發(fā)明的改進，所述轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值通過如下公式確定：
[0014] Θ esti (η) = Θ esti (n-1) -ro (η) Θ step (η)
[0015] 其中，0esti (η)為轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，(η)為轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索步長角， ro(n)為轉(zhuǎn)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(guān)系，η為搜索磁鏈角度的次數(shù)序號。
[0016] 作為本發(fā)明的改進，所述轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索步長角Θ (η)具體為：
[0017]
【主權(quán)項】
1. 一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其特征在于，該方法包括： (1) 設(shè)置轉(zhuǎn)子磁鏈角度的初始估計值為零，并獲得轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子受該定子電流作用產(chǎn)生位移； (3) 根據(jù)該位移確定轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值與轉(zhuǎn)子磁鏈角度的真實值的位置關(guān)系，并 依靠該位置關(guān)系，以一定的步長角進行轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索，得到一個更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角 度的估計值； 重復(fù)執(zhí)行以上步驟（2)和（3)，直至轉(zhuǎn)子保持靜止一段時間且轉(zhuǎn)子沒有超過給定的位 移范圍限制，表明此時轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子角度之差值即為電角度的初始值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其中，所述轉(zhuǎn) 子磁鏈角度的估計值通過如下公式確定： 0 esti(n) = 0esti(n-1)-ro(n) 0step (n) 其中，9esti(n)為轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，0step(n)為轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索步長角，ro(n) 為轉(zhuǎn)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(guān)系，n為搜索磁鏈角度的次數(shù)序號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其中，所述轉(zhuǎn) 子磁鏈角度搜索步長角9step(n)具體為：
其中，旋向ro(n)值為1代表旋轉(zhuǎn)的方向為正向，值為-1代表旋轉(zhuǎn)的方向為反向，為0 代表未執(zhí)行辨識操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其 中，若轉(zhuǎn)子受定子電流作用產(chǎn)生的位移超過了給定的范圍限制，則及時關(guān)斷電流輸出，以保 證電機轉(zhuǎn)子每次只移動較小距離，并確定磁鏈角度的估計值和真實值的相對位置關(guān)系。
5. -種永磁同步電機的電角度旋向和初始值的辨識方法，其特征在于，該方法包括： 依據(jù)磁鏈角度的估計值和磁鏈角度的真實值的相對位置關(guān)系，以一定的步長角進行轉(zhuǎn) 子磁鏈角度搜索，進而確定更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值； 根據(jù)確定的所述更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，輸出角度為所述更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈 角度估計值且大小逐漸變化至額定電流的定子電流，檢測轉(zhuǎn)子受定子電流作用而產(chǎn)生的位 移； 若該位移超過了給定的范圍，則關(guān)斷電流輸出，確定磁鏈角度的估計值和磁鏈角度的 真實值的相對位置關(guān)系，并重復(fù)上一步驟； 若位移沒有超過給定的范圍限制，且轉(zhuǎn)子保持靜止了一段時間，則代表此時所述轉(zhuǎn)子 磁鏈角度估計值與轉(zhuǎn)子磁場角度重合，此時磁鏈角度估計值與編碼器反饋的轉(zhuǎn)子的角度的 差值即為電角度的初始值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其中，所述轉(zhuǎn) 子磁鏈角度的估計值通過如下公式確定： 0 esti(n) = 0esti(n-1)-ro(n) 0step (n) 其中，9esti(n)為轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，0step(n)為轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索步長角，ro(n) 為轉(zhuǎn)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(guān)系，n為搜索磁鏈角度的次數(shù)序號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種永磁同步電機電角度的初始值辨識方法，其中，所述轉(zhuǎn) 子磁鏈角度搜索步長角9step(n)具體為：
其中，旋向ro(n)值為1代表旋轉(zhuǎn)的方向為正向，值為-1代表旋轉(zhuǎn)的方向為反向，為0 代表未執(zhí)行辨識操作。
8. -種永磁同步電機電角度旋向的辨識方法，其特征在于，包括： 在力矩模式，設(shè)置永磁同步電機的d軸電流id的電流給定為0,并將q軸電流iq的電 流給定逐漸增加至額定轉(zhuǎn)矩； 若電機能成功旋轉(zhuǎn)一整周，則設(shè)置q軸電流iq的電流給定為〇,使電機停轉(zhuǎn)，表示電機 能自由旋轉(zhuǎn)，電角度旋向正確； 若電機在旋轉(zhuǎn)一定角度后停轉(zhuǎn)，即其不能旋轉(zhuǎn)一整周，則表明電機電角度旋向錯誤，據(jù) 此實現(xiàn)對電角度旋向的辨識。
9. 一種永磁同步電機的電角度初始值的辨識系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 磁鏈角度初始估計值獲取模塊，用于獲取轉(zhuǎn)子磁鏈角度的初始估計值； 電流輸出模塊，用于輸出角度為轉(zhuǎn)子磁鏈角度估計值的定子電流，使得轉(zhuǎn)子受該定子 電流作用產(chǎn)生位移； 磁鏈角度估計值精確計算模塊，用于根據(jù)電流輸出模塊輸出的定子電流產(chǎn)生的位移確 定轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值與轉(zhuǎn)子磁鏈角度的真實值的位置關(guān)系，并依靠該位置關(guān)系，以一 定的步長角進行轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索，得到一個更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值； 電角度的初始角度計算模塊，用于重復(fù)執(zhí)行電流輸出模塊和磁鏈角度估計值精確計算 模塊，直至轉(zhuǎn)子保持靜止一段時間且轉(zhuǎn)子沒有超過給定的位移范圍限制，表明此時轉(zhuǎn)子磁 鏈角度的估計值與真實值重合，此時磁鏈角度估計值與編碼器反饋的轉(zhuǎn)子的角度的差值即 為電角度的初始值。
10. -種永磁同步電機的電角度初始值的辨識系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括： 轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索模塊，其用于根據(jù)磁鏈角度的估計值和磁鏈角度的真實值的相對位 置關(guān)系，以一定的步長角進行轉(zhuǎn)子磁鏈角度搜索，進而確定更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計 值； 電流輸出模塊，用于根據(jù)確定的所述更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，輸出角度為所 述更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度估計值且大小逐漸變化至額定電流的定子電流，使得轉(zhuǎn)子受該定 子電流作用而產(chǎn)生位移； 轉(zhuǎn)子磁鏈角度確定模塊，其用于判斷若該位移超過了給定的范圍，則及時關(guān)斷電流輸 出，確定磁鏈角度的估計值和磁鏈角度的真實值的相對位置關(guān)系，并重復(fù)執(zhí)行轉(zhuǎn)子磁鏈角 度搜索模塊和電流輸出模塊； 若位移沒有超過給定的范圍限制，且轉(zhuǎn)子保持靜止了一段時間，則代表此時所述轉(zhuǎn)子 磁鏈角度估計值與轉(zhuǎn)子磁場角度重合，該磁鏈角度估計值與編碼器反饋的轉(zhuǎn)子角度之差值 即為電角度的初始值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁同步電機的電角度初始角度和旋向的辨識方法及系統(tǒng)，首先通過算法得到轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，然后輸出角度為轉(zhuǎn)子磁鏈角度估計值的定子電流，接著確定轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值與轉(zhuǎn)子磁鏈角度的真實值的位置關(guān)系，并依靠得到的位置關(guān)系，得到一個更準確的轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值，反復(fù)執(zhí)行以上步驟數(shù)次，轉(zhuǎn)子磁鏈角度的估計值將與轉(zhuǎn)子磁鏈角度的真實值重合，該磁鏈角度估計值與編碼器反饋的轉(zhuǎn)子角度之差值即為電角度的初始值，最后，利用電角度旋向辨識算法，辨識電角度旋向與編碼器反饋的旋向的相對關(guān)系，若兩者的關(guān)系不正確，反轉(zhuǎn)旋向關(guān)系并重啟辨識過程。本發(fā)明能在電角度旋向不正確，或在執(zhí)行辨識的過程中轉(zhuǎn)子受到了不可預(yù)期的擾動時，自動適應(yīng)并完成電角度旋向和初始角度的辨識。
【IPC分類】H02P25-02, H02P21-14
【公開號】CN104779879
【申請?zhí)枴緾N201510188133
【發(fā)明人】宋寶, 徐健, 李羲輪, 鄭世祺, 陳天航, 張航天, 唐小琦, 周向東
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月21日