一種永磁同步電機(jī)初始位置的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)驅(qū)動與控制技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種永磁同步電機(jī)初始位 置的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于具有高效率、高轉(zhuǎn)矩密度、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)，近幾年永磁同步電機(jī)（PMSM) 備受關(guān)注。在永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子位置尤為關(guān)鍵，一般通過機(jī)械位置傳感器獲 取。例如，旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器。然而，位置傳感器的使用增加了永磁同步電機(jī)驅(qū)動系 統(tǒng)的體積和成本。此外，位置傳感器的存在還降低了系統(tǒng)可靠性。因此，近年來無位置傳感 器控制成為了一個(gè)熱門課題，很多無位置控制方法已經(jīng)被提出。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)無位置控制，必須獲取轉(zhuǎn)子的初始位置，然而，在一些特殊場合（如軌道 交通）不能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)起動轉(zhuǎn)矩。因此，許多學(xué)者提出了永磁同步電機(jī)初始位置檢測方法，然 而大多數(shù)方法都是針對具有顯著凸極性的內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)。對于表貼式永磁同步電 機(jī)，由于d軸、q軸電感很接近，初始位置檢測很難實(shí)現(xiàn)。目前，永磁同步電機(jī)初始位置檢測 方法大致可以分為以下三大類：
[0004] 1.基于永磁同步電機(jī)反電動勢的初始位置檢測方法
[0005] 這一類方法利用永磁同步電機(jī)反電動勢來檢測電機(jī)初始位置，具有結(jié)構(gòu)簡單，對 硬件要求低等優(yōu)點(diǎn)。但是，這類方法的不足是電機(jī)低速運(yùn)行或零速時(shí)反電動勢較小或?yàn)榱悖?從而不利于位置檢測或根本無法進(jìn)行電機(jī)初始位置的檢測。
[0006] 2.基于高頻信號注入的初始位置檢測方法
[0007] 這一類方法通過給永磁同步電機(jī)注入高頻電壓信號得到高頻電流響應(yīng)信號，其高 頻電流響應(yīng)信號中含有轉(zhuǎn)子的位置信息，解決了反電動勢法在低速運(yùn)行或零速時(shí)的位置檢 測問題，在理論上可以確保電機(jī)初始位置檢測的可行性。但是，這類方法對高頻電流響應(yīng)信 號的解調(diào)算法很復(fù)雜，運(yùn)算量大，理論性強(qiáng)，實(shí)際應(yīng)用中往往問題較多，并且這類方法主要 針對具有顯著凸極性的內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)。
[0008] 3.基于脈沖信號注入的初始位置檢測方法
[0009] 這一類方法與基于高頻信號注入的初始位置檢測方法類似，通過給永磁同步電機(jī) 注入電壓脈沖信號得到電流脈沖響應(yīng)信號，其電流脈沖響應(yīng)信號中含有轉(zhuǎn)子位置信息，這 類方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要對電流脈沖響應(yīng)信號進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算。但是，這類方法提取出的初始 位置具有對稱性，很難區(qū)分轉(zhuǎn)子N/S極，而且轉(zhuǎn)子也易受注入脈沖影響而發(fā)生微小轉(zhuǎn)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種永磁同步電機(jī)初始位置的檢 測方法，該檢測方法適用于表貼式永磁同步電機(jī)，通過給定一組假定轉(zhuǎn)子位置序列，在每一 個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下，給電機(jī)施加d軸電壓，根據(jù)d軸電流的大小檢測表貼式永磁同步電機(jī) 初始位置，確保初始位置檢測的準(zhǔn)確性，提高控制系統(tǒng)的可靠性。
[0011] 技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例所采用的技術(shù)方案是：
[0012] 一種永磁同步電機(jī)初始位置的檢測方法，該檢測方法包括以下步驟：
[0013] 第一步：在控制器中對永磁同步電機(jī)依次給定一組假定轉(zhuǎn)子位置序列θ_(n)， θass(n) = 2nJr/Ν,η= 0、1、2、· · ·、N-l;Ν為大于1的整數(shù)；每個(gè)假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)一 個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系；在每個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下，d軸電壓參考值Ud_ass給定為正常數(shù)，q軸電 壓參考值Uq_ass給定為0 ;
[0014] 第二步：取第η個(gè)假定轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)該假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中 的d軸電壓參考值和q軸電壓參考值，以及假定轉(zhuǎn)子位置，通過SVPWM方法計(jì)算三相占空 比；11的初始值為0，且11表示第六步返回第二步的次數(shù)；11 = 0、1、2、···、^;
[0015] 第三步：通過三相占空比和三角波比較，產(chǎn)生開關(guān)信號（SA、SB、Sc)，進(jìn)而控制三相 半橋電路；三相半橋電路的輸出端和電機(jī)輸入端相連；
[0016] 第四步：用電流傳感器測量電機(jī)的三相電流ia、ib、i。；
[0017] 第五步：根據(jù)永磁同步電機(jī)三相電流ia、ib、i。和假定轉(zhuǎn)子位置，通過式⑴計(jì)算得 到在第二步中假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的d軸電流id_ass:
[0019] 式中，iq_ass表示假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的q軸電流；Θass表示第二步采用的假定轉(zhuǎn)子 位置；
[0020] 第六步：返回第二步，計(jì)算下一個(gè)假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的d軸 電流，直至假定轉(zhuǎn)子位置序列中所有假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的d軸電流都 測算完畢，形成d軸電流序列；
[0021] 第七步：將第六步中的d軸電流序列中的最大值對應(yīng)的假定轉(zhuǎn)子位置作為轉(zhuǎn)子的 實(shí)際初始位置Θa(：t。
[0022] 作為優(yōu)選方案，所述的第一步中，N的取值范圍為50至100。
[0023] 作為優(yōu)選方案，所述的永磁同步電機(jī)為表貼式永磁同步電機(jī)。
[0024] 有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以用于 檢測表貼式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置。該檢測方法通過給定一組假定轉(zhuǎn)子位置序列，在 每一個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下，給電機(jī)施加d軸電壓，根據(jù)d軸電流的大小檢測表貼式永磁同步 電機(jī)初始位置，確保檢測的準(zhǔn)確性，提高控制系統(tǒng)的可靠性。與現(xiàn)有的基于高頻信號注入的 初始位置檢測方法相比，本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了表貼式永磁同步電機(jī)初始位置檢測，并且不需 要對電流響應(yīng)信號進(jìn)行復(fù)雜的解調(diào)運(yùn)算，過程簡單。與現(xiàn)有的基于脈沖信號注入的初始位 置檢測方法相比，本發(fā)明方法不需要區(qū)分轉(zhuǎn)子N/S極，簡單易行，可靠性高。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中，以N= 12為例，假定轉(zhuǎn)子位置序列的空間分布圖；
[0026] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中，實(shí)際轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系和一個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系的位置圖；
[0027] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中表貼式永磁同步電機(jī)d軸磁鏈飽和特性曲線圖；
[0029] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例中表貼式永磁同步電機(jī)q軸磁鏈飽和特性曲線圖；
[0030] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例的仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面將參照附圖對本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行具體的說明。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例的一種永磁同步電機(jī)初始位置的檢測方法，包括以下步驟：
[0033] 第一步：在控制器中對永磁同步電機(jī)依次給定一組假定轉(zhuǎn)子位置序列Θass(η)， θass(n) = 2nJr/Ν,η= 0、1、2、· · ·、N-l;Ν為大于1的整數(shù)；每個(gè)假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)一 個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系；在每個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下，d軸電壓參考值Ud_ass給定為正常數(shù)，q軸電 壓參考值Uq_ass給定為0。每個(gè)假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系由d軸和q軸組成。雖然理論上，N越大，檢 測精度越高。但是N越大，檢測時(shí)間也越長?？紤]到控制器的計(jì)算速度，本優(yōu)選例中，N的 取值范圍為50至100。當(dāng)然，N的取值可以不在此范圍內(nèi)。以N= 12為例，假定轉(zhuǎn)子位置 序列0ass(n)的空間分布圖如圖1所示。
[0034] 第二步：取第η個(gè)假定轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)該假定轉(zhuǎn)子位置對應(yīng)的假定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中 的d軸電壓參考值和q軸電壓參考值，以及假定轉(zhuǎn)子位置，通過SVPWM方法計(jì)算三相占空 比。11的初始值為0，且11表示第六步返回第二步的次數(shù)；11 = 0、1、2、，，，、11。3￥?￥1 方法對應(yīng)中文譯文為空間矢量脈寬調(diào)制方法，對應(yīng)英文全稱為SpaceVectorPulseWidth Modulation〇
[0035] 第三步：通過三相占空比和三角波比較，產(chǎn)生開關(guān)信號（SA、SB、Sc)，進(jìn)而控制三相 半橋電路。三相半橋電路的輸出端和永磁同步電機(jī)輸入端相連。
[0036] 第四步：用電