一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，在機(jī)器人啟動(dòng)之前，向機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)施加兩次電壓脈沖，根據(jù)電流傳感器檢測(cè)到的電流變化率求出響應(yīng)的電感值，隨后根據(jù)電機(jī)位置角與電感值的函數(shù)關(guān)系，并結(jié)合電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的判斷方法，得出機(jī)器人在啟動(dòng)之前的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角。機(jī)器人運(yùn)行之后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用SVPWM控制技術(shù)，其每一次PWM周期中都有三種不同的電壓矢量，其中每一種電壓矢量，對(duì)應(yīng)著不同的相電流變化值，通過(guò)測(cè)量不同電壓矢量下對(duì)應(yīng)的相電流變化值，并結(jié)合電壓值獲取反電動(dòng)勢(shì)，最后實(shí)時(shí)獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的動(dòng)子位置，本發(fā)明可以準(zhǔn)確、有效的獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置信息。
【專利說(shuō)明】一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，采用基于SVPWM控制技術(shù)的反電勢(shì)法，可以準(zhǔn)確、有效的獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置信息。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在各種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人系統(tǒng)中，由于采用永磁同步電機(jī)(PMSM)的方案效率較高，因此這種方案具有著重要的地位。特別是在電力機(jī)器人和小型機(jī)器人中，PMSM由于這些優(yōu)點(diǎn)而得到了更多的應(yīng)用。但是，一般情況下，機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用機(jī)械式位置傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和動(dòng)子位置，如光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器。然而，機(jī)械式傳感器的存在帶來(lái)了很多弊端:1)電機(jī)與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統(tǒng)可靠性；2)加大了電機(jī)空間尺寸和體積,減少了功率密度,增加了系統(tǒng)的硬件成本和維護(hù)成本；3)在高溫與強(qiáng)腐蝕環(huán)境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法正常工作。
[0003]而能否對(duì)轉(zhuǎn)子初始位置進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)是永磁同步發(fā)電機(jī)高性能控制策略(矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩)和無(wú)位置傳感器運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的前提條件，也是關(guān)系到機(jī)器人是否順利起動(dòng)，以及能否實(shí)現(xiàn) 最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)的關(guān)鍵問(wèn)題；因此，轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)一直是工程技術(shù)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題之一，尤其在電力機(jī)器人中，因?yàn)闄C(jī)器人所進(jìn)行的操作為基本為高壓操作，檢測(cè)的線路非常危險(xiǎn)，如果轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)不準(zhǔn)確，會(huì)造成電力機(jī)器人的反響轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果有可能因?yàn)檎`操作破壞整個(gè)電力線路和機(jī)器人，嚴(yán)重的甚至?xí)斐筛邏憾搪贰?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，采用基于SVPWM控制技術(shù)的反電勢(shì)法，可以準(zhǔn)確、有效的獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置信息，無(wú)需機(jī)器式傳感器，同時(shí)克服了傳統(tǒng)反電動(dòng)勢(shì)法無(wú)法在電機(jī)靜止時(shí)無(wú)法獲取轉(zhuǎn)子位置的信息；通過(guò)向機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)電機(jī)施加兩次電壓脈沖，并結(jié)合磁極判斷的方法，最終得出機(jī)器人在啟動(dòng)之前的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角，可以提高電力機(jī)器人的穩(wěn)定性、精確度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，采用基于SVPWM控制技術(shù)的反電勢(shì)法獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置信息，可以準(zhǔn)確、有效的獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置信息，具體包括如下步驟:
[0007](I)在機(jī)器人啟動(dòng)前，向電機(jī)施加兩次電壓脈沖，兩次電壓脈沖的作用時(shí)間分別為T1和T2，在此階段要求機(jī)器人不能因電壓脈沖的注入而產(chǎn)生晃動(dòng)，因此要求T1, T2都小于電機(jī)時(shí)間常數(shù)；利用電流傳感器檢測(cè)T1和T2時(shí)刻電機(jī)在X-Y軸坐標(biāo)系下所對(duì)應(yīng)的電流變化率Δ IxlA1^A iyl/I\、A ixl/T2和Λ iyl/T2，隨后根據(jù)這四個(gè)變化率和已知的電壓矢量，通過(guò)計(jì)算得到與轉(zhuǎn)子位置構(gòu)成函數(shù)關(guān)系的電感值，最后根據(jù)電感值，初步推導(dǎo)出初始位置角；[0008](2)初步推導(dǎo)出的初始位置角沒(méi)有判斷轉(zhuǎn)子磁極的極性，因此在此基礎(chǔ)上，向電機(jī)施加等寬電壓脈沖，結(jié)合電機(jī)鐵心的飽和效應(yīng)，利用磁場(chǎng)飽和引起的響應(yīng)電流幅值的變化來(lái)估計(jì)出轉(zhuǎn)子的磁極極性，同時(shí)結(jié)合初步推導(dǎo)出的初始位置角，判斷出轉(zhuǎn)子初始位置角，最終得到機(jī)器人啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)子位置角；
[0009](3)機(jī)器人運(yùn)行后，采用基于SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù))的反電動(dòng)勢(shì)法對(duì)轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，每一次PWM周期中都有三種Vm、Vn和V1不同的電壓矢量，其中每一種電壓矢量對(duì)應(yīng)一種相電流變化值，Vm, Vn和V1分別對(duì)應(yīng)著相電流變化值Λ im、A 1?和Ai1，通過(guò)測(cè)量不同電壓矢量下對(duì)應(yīng)的相電流變化值率，獲取反電動(dòng)勢(shì)，最后求出機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置角。
[0010]有益效果:本發(fā)明提供的用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)勢(shì):1、能夠非常準(zhǔn)確的檢測(cè)電力機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的順利起動(dòng)，并且可以實(shí)現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)；2、克服了機(jī)械式傳感器所帶來(lái)的弊端，如:1)電機(jī)與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統(tǒng)可靠性；2)加大了電機(jī)空間尺寸和體積，減少了功率密度，增加了系統(tǒng)的硬件成本和維護(hù)成本；3)在高溫與強(qiáng)腐蝕環(huán)境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導(dǎo)致電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法正常工作；
3、基于SVPWM調(diào)制控制，無(wú)需其他的額外硬件，且無(wú)需額外復(fù)雜的控制算法，使得成本很低，非常適合于工業(yè)應(yīng)用中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為電力機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖；
[0012]圖2為電機(jī)模型和X-Y軸坐標(biāo)系；
[0013]圖3為電流傳感器檢測(cè)原理圖；
[0014]圖4為SVPWM控制策略相電流與電壓矢量對(duì)應(yīng)圖；
[0015]圖5為空間電壓矢量分布；
[0016]圖6為三相逆變器結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖7為定子磁鏈和永磁體磁鏈方向示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0019]一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，在機(jī)器人啟動(dòng)前，向電機(jī)施加兩次電壓脈沖，兩次電壓脈沖的作用時(shí)間分別為T1和T2，在此階段要求機(jī)器人不能因電壓脈沖的注入而產(chǎn)生晃動(dòng)，因此要求T1, T2都小于電機(jī)時(shí)間常數(shù)；利用電流傳感器檢測(cè)T1和T2時(shí)刻電機(jī)在X-Y軸坐標(biāo)系下所對(duì)應(yīng)的電流變化率Λ IxlA1^A iyl/I\、A ixl/TjPA iyl/T2，隨后根據(jù)這四個(gè)變化率和已知的電壓矢量Ln、L12、L21和L22，通過(guò)計(jì)算得到與轉(zhuǎn)子位置構(gòu)成函數(shù)關(guān)系的電感值，最后根據(jù)電感值，初步推導(dǎo)出初始位置角。
[0020]機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型如圖3所示，在X-Y軸坐標(biāo)系下的電壓方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于變電站巡視機(jī)器人的無(wú)位置傳感控制方法，其特征在于:采用基于SVPWM控制技術(shù)的反電勢(shì)法獲取機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置信息，具體包括如下步驟: (1)在機(jī)器人啟動(dòng)前，向電機(jī)施加兩次電壓脈沖，兩次電壓脈沖的作用時(shí)間分別為1\和T2,要求T1, T2都小于電機(jī)時(shí)間常數(shù)；利用電流傳感器檢測(cè)T1和T2時(shí)刻電機(jī)在X-Y軸坐標(biāo)系下所對(duì)應(yīng)的電流變化率Λ IxlA1^A IylA1^A、/!^和厶iyl/T2，隨后根據(jù)這四個(gè)變化率和已知的電壓矢量，通過(guò)計(jì)算得到與轉(zhuǎn)子位置構(gòu)成函數(shù)關(guān)系的電感值，最后根據(jù)電感值，初步推導(dǎo)出初始位置角； (2)向電機(jī)施加等寬電壓脈沖，結(jié)合電機(jī)鐵心的飽和效應(yīng)，利用磁場(chǎng)飽和引起的響應(yīng)電流幅值的變化來(lái)估計(jì)出轉(zhuǎn)子的磁極極性，同時(shí)結(jié)合初步推導(dǎo)出的初始位置角，判斷出轉(zhuǎn)子初始位置角，最終得到機(jī)器人啟動(dòng)前的轉(zhuǎn)子位置角； (3)機(jī)器人運(yùn)行后，采用基于SVPWM的反電動(dòng)勢(shì)法對(duì)轉(zhuǎn)子位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，每一次PWM周期中都有三種Vm、Vn和V1不同的電壓矢量，其中每一種電壓矢量對(duì)應(yīng)一種相電流變化值，^?和V1分別對(duì)應(yīng)著相電流變化值Λ im、A ^和八I1，通過(guò)測(cè)量不同電壓矢量下對(duì)應(yīng)的相電流變化值率，獲取反電動(dòng)勢(shì)，最后求出機(jī)器人驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置角。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK103997268SQ201410231115
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】余海濤, 孟高軍, 胡敏強(qiáng), 黃磊 申請(qǐng)人:東南大學(xué)