专利名称：永磁同步电机转子初始位置角的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁同步电机转子初始位置角的确定方法，属于电机控制 领域。
背景技术：
交流伺服系统中需要精确的位置、速度反馈信息。其位置检测单元作为反 馈装置，是系统精度的保证。
一方面，它为系统矢量控制提供坐标变换所必需
的位置信息；在位置伺服系统屮为位置环提供位置反馈。另一方面，由于机械 安装和成本问题，伺服系统一般不再配有速度传感器，而是从位置信息中估计 出转速值。因此，转子位置信息在伺服系统屮起着相当重要的作用。
在永磁同歩电动机中，位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电 编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对 位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器依靠磁极变化检测位置，目前 正处于研究阶段，其分辨率较低。光电编码器分为绝对式和增量式，较其它检 测元件有直接输出数字量信号，惯量低，低噪声，高精度，高分辨率，制作简 便，成木低等优点。格雷码绝对式编码器一般都做成循环二进制代码，码道道 数与二进制位数相同。格雷码绝对式编码器可直接输出转子的绝对位置，不需 要测定初始位置。但其工艺复杂、成本高。通用交流伺服系统上采用的绝对式 编码器精度一般在12位至20位之间。增量式编码器结构简单，制作容易，一 般在码盘上刻A、 B、 Z三道均匀分布的刻线，可输出正交的A、 B增量脉冲， 代表转子的位置增量；Z脉冲则是转子每旋转一周出一个， 一般将Z脉冲输出 位置调整对应到转子N极磁极上。实施矢量控制需要转子的绝对位置信息，增 量式编码器需要配合Z脉冲才能获得绝对位置信息，初始上电时转子位置是随 机的，需要确定转子初始位置。配备增量式编码器的伺服系统获得转子初始位 置现有技术主要有-
O)在电机转子上安装增量式编码器，编码器输出A、 B、 Z、 U、 V、 W 等6路脉冲信号，其屮A、 B脉冲信号相互正交，A、 B脉冲的相位和频率可以代表转子的转向和转速。转子每旋转一周编码器输出一个Z脉冲信号，Z脉冲
对应转子上确定的电角度位置。U、 V、 W脉冲在相位上相差120度电角度，通 过在上电初期判断U、 V、 W信号的状态，可以得到转子的初始位置。
屮国专利采用增量式编码器的永磁电机磁极初始位置的确定方法(公开号
为CN101409523)提出了进一歩完善的解决办法，系统上电之后，根据增量式 编码器反馈的U/V/W信号状态，判断转子所处的位置角，根据这个估计角度通 过驱动器控制电机转动。但是这种方法对初始位置角的估计理论上存在±30°电 角度的误差，且需要增加霍尔元件才能输出U、 V、 W三路信号，系统成本高。
(2) 对于转子上安装的增量编码器，在没有U、 V、 W脉冲输出的情况下， 在系统首次通电时，电机转子的绝对位置是不确定的。只能让电机先旋转起来， 系统输出定子电流使得电机开环转动，当转动到控制器接受到编码器送来的Z 脉冲时，控制器才能根据Z脉冲对应的转子电角度值来确认转子的初始位置。
这种方法需要在电机首次上电时，电机先开环旋转，且旋转的角度范围不 确定，转子可能需要转过360度的机械角度才能寻找到零点，接受到编码器的Z 脉冲，开始正常的控制。在此之前增量式编码器不能给出转子的位置信号，这 就造成了电机难以起动的问题。通常情况下不允许电机转子先开环转动，这样 对于转子初始位置的确定变得困难。
(3) 中国专利交流伺服系统中电机转子初始位置的检测方法及装置(公 开号CN1148168A)提出了一种检测转子初始位置的方法，通过直接控制定子 三相电流的幅值和相位，以产生不同方向的定子磁场，控制转子的转动，使定 子电流产生的磁场方向逐步逼近转子磁场方向。但是该方法中循环逼近角度的 确定需要判断前后两次(本次和前次)的转动信息，逻辑判断较复杂，由于只 是通过检测编码器转动一线这种极端情况，极易受到干扰，在系统存在震动或 者有外界干扰情况下很可能出现检测失误，延长检测周期甚至造成转子初始位 置的检测失败。
发明内容
本发明的目的是解决交流伺服系统屮电机转子初始位置的检测方法及装置 专利提供的转子检测方法存在逻辑判断较复杂、检测易失败的问题，提供了一 种永磁同步电机转子初始位置角的确定方法。本发明的方法包括以下步骤 步骤一、初始化以下变量值
永磁同步电机定子的《轴电流~=0，永磁同步电机定子的"轴电流^=0，令 *=0，转子给定位置角《^)=《(0)=0，
步骤二、将永磁同步电机定子的《轴电流^增加^，即^=/9+」々，W;为《 轴电流递增值，4取永磁同步电机定子的3轴电流限幅值"^的1%~5%，步骤三、判断是否满足条件/,》^^，
判断结果为是，执行步骤十一，判断结果为否，执行步骤四，
步骤四、令《轴给定电流/^,:々、"轴给定电/^,-^，将两相同步旋转轴 系下的《轴给定电流/9,e/和^轴给定电流转变成三相静止轴系下的三相定子 电流/。、 ^和4，采用空间矢量脉宽调制控制方法输出三相定子电流f。、 ^和^控 制永磁同步电机建立定子磁场，带动转子向转子给定位置角《(A)方向旋转，
步骤五、判断永磁同步电机是否顺时针旋转了w线，其中设定附为永磁同 步电机允许转动线数m取5线 10线，
判断结果为是，执行步骤八，判断结果为否，执行步骤六，
步骤六、判断永磁同步电机是否逆时针旋转了m线，
判断结果为是，执行步骤七，判断结果为否，永磁同步电机执行步骤二， 步骤七、给出下一个转子给定位置角《(hl)-《(A)-^ ，然后执行步骤九，
步骤八、给出下一个转子给定位置角《^ + 1)=《^) + ^，然后执行步骤九，
步骤九、判断是否满足条件^< ，其中，《为精度允许增加角度且
0.5°< <1°，判断结果为是，执行步骤十一，判断结果为否，执行步骤十，
步骤十、复位永磁同步电机定子的《轴电流^=0，令& = ^ + 1，然后执行步 骤二；
步骤十一、转子初始位置角初判值《0 M)=，
步骤十二、将转子给定位置角《(A)逆时针旋转90度，产生一个垂直于转子 磁场方向的转矩，
步骤十三、令W4,"。/。， ^e/=0，根据z^,和/^,，并采用空间矢量脉宽调制控制方法控制输出定子电流建立定子磁场，带动转子向转子给定位置 角《(Q方向旋转，
其中，^%取永磁同步电机定子的《轴电流限幅值^,的2%~5%， 步骤十四、判断永磁同步电机是否顺时针旋转1线， 判断结果为否，执行步骤十五，判断结果为是，执行步骤十六，
步骤十五、获取转子初始位置角=《a wo ，
步骤十六、获取转子初始位置角《(/m加/^《(,w) + 7T 。
本发明的优点
1、 定子电流输出相位的判断依据由前后2次(前次和本次)转动信息改为仅 由本次转动信息，逻辑更加清晰，并提高了判断的可靠性；
2、 避免仅由本次转动信息依据逼近转子位置时，辨识位置180°电角度极性 反相情况，加快定位时间；
3、 转动判断信息由仅1个增量脉冲的极限条件改为可由外部任意设定转动 脉冲数量，保证可靠起动的同时，增强了抗扰性。
4、 电机系统在带载或存在震动条件下也可以快速初始定位。
图1是本发明方法的流程图，图2是两相同步旋转轴系与三相静止轴系的 示意图，图3是交流伺服系统的结构示意图，图4是实现本发明方法的交流伺 服驱动系统的原理框图。
具体实施例方式
具体实施方式
一下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式该方 法包括以下步骤 '
步骤一、初始化以下变量值-
永磁同步电机定子的9轴电流~=0，永磁同步电机定子的^轴电流~=0，令
h0，转子给定位置角《(&)-《(0)=0，
. 步骤二、将永磁同步电机定子的《轴电流々增加^，即~=~+^,， a^为《 轴电流递增值，4取永磁同步电机定子的《轴电流限幅值"ax的1%~5%, 步骤三、判断是否满足条件^ > ~腿，
判断结果为是，执行步骤十一，判断结果为否，执行步骤四，步骤四、令《轴给定电流^^-^、"轴给定电^6/=^，将两相同步旋转轴 系下的《轴给定电流~,e/和"轴给定电流转变成三相静止轴系下的三相定子
电流/。、 /6和4，采用空间矢量脉宽调制控制方法(SVPWM)输出三相定子电 流/。、 ^和4控制永磁同步电机建立定子磁场，带动转子向转子给定位置角《(Q 方向旋转，
步骤五、判断永磁同步电机是否顺时针旋转了m线，其中设定m为永磁同 步电机允许转动线数m取5线 10线，
判断结果为是，执行步骤八，判断结果为否，执行步骤六， 步骤六、判断永磁同步电机是否逆时针旋转了^线，
判断结果为是，执行步骤七，判断结果为否，说明永磁同步电机不转动， 永磁同步电机执行步骤二，
步骤七、给出下一个转子给定位置角《^ + 1)=《^)-^，然后执行步骤九，
步骤八、给出下一个转子给定位置角《("1)=《(^ + ^，然后执行步骤九，
步骤九、判断是否满足条件^<"，其中，ct为精度允许增加角度且
0.5°<"<1°，判断结果为是，执行步骤十一，判断结果为否，执行步骤十，
步骤十、复位永磁同步电机定子的《轴电流/《=0，令* = ^ + 1，然后执行步 骤二；
步骤H"-—、转子初始位置角初判值《C/^/)=，
步骤十二、将转子给定位置角《(Q逆时针旋转90度，产生一个垂直于转子 磁场方向的转矩，
步骤十三、令^,^g證x;^， ^e/=0，根据^,和z;^，并采用空间矢量 脉宽调制控制方法控制输出定子电流建立定子磁场，带动转子向转子给定位置 角《^)方向旋转，
其中，；^取永磁同步电机定子的《轴电流限幅值^皿的2%~5%，
步骤十四、判断永磁同步电机是否顺时针旋转1线，
判断结果为否，执行步骤十五，判断结果为是，执行步骤十六，
步骤十五、获取转子初始位置角=《C/^w)， 步骤十六、获取转子初始位置角=《(y^W) + ;r 。 注明事项本发明中提及的所有角度均为电角度。
图3是永磁同步电机的交流伺服系统，该系统中采用增量式编码器1采集 永磁同步电机转子的位置信息，即A/B/Z信号给交流伺服驱动器2，采样永磁 同步电机的定子电流4、 /6，因三相电流的固定关系，只采样两相即可获得z)的 数据，采样获得的定子电流也反馈给交流伺服驱动器2，交流伺服驱动器2根据 反馈回来的信息发送相应的命令控制永磁同步电机。在控制永磁同步电机时的 一个非常重要的参数是转子的位置。下面介绍一下使用增量式编码器1实现永 磁同步电机转子位置检测的方法
假定它在旋转过程中给定时间r(s)内给出脉冲数目为a，则电机转速"(r/min) 可表示为
"=60x("/7>iV (1) 公式(1)中，7V为增量式编码器1每转输出的脉冲数。 假定电机在静止时转子初始位置角是《(/"衍a/)，电机的极对数为p，则从 静止开始经过时间7^)后的电机的转子位置，与电机转速度之间的关系为
《=《+ x (w x 77 / 60) x 2;r ( ^ )
该《(w角就是矢量控制时进行坐标变换所需要的转子位置角。其矢量变换
方程为
<formula>formula see original document page 9</formula>
(3)
在第/个采样时间结束后，即第/个采样值为
—1) + 2;zrx; xa,/iV (4) 公式(3)中，Z'为正整数，a,为第/个采样周期的脉冲计数值。 将公式(4)代入公式(3)中，求得该时刻永磁同步电机电参数在A《轴
系中的对应值后，系统可通过适当的调节器对指定量(如《轴电流^ )进行调节，
则在^=0情况下，永磁同步电机的数学模型为<formula>formula see original document page 10</formula>
公式(5)中，^为永磁同步电机旋转角速度，^为永磁同步电机转子励
磁磁链，^为摩擦系数，z;为永磁同步电机电磁转矩，z;为永磁同步电机负载 转矩，《为永磁同步电机电枢等效电阻。
此时，永磁同步电机数字模型和直流电机完全相同，d轴和《轴之间实现解 耦，系统可以模仿直流电机的控制方法对永磁同步电机进行控制。
可见，永磁同步电机在转子位置可知的情况下，借助坐标变换，可以转换 成等效直流电机来控制。只要知道电机转子初始位置角《(/"加w)，则转子任意 时刻的位置都可通过公式(4)求得，本发明提出的方法就是解决获得永磁同步 电机转子的初始位置的问题。
本发明方法采用只输出A/B/Z信号的普通±曾量式编码器1,在造价方面具 有明显的优势，比背景技术中公开号为CN101409523的屮凶1 利涉及的可输 出U/V/W信号状态的增量式编码器成本低很多。
永磁同步电动机是交流同步调速系统的主要环节，参见图2所示，取转子 永磁体基波励磁磁场轴线为d轴，《轴顺着旋转方向超前"轴90度，A《轴系 随同转子以角速度^一道旋转，它的空间坐标以"轴与参考轴A相轴间的角度 《("来表示，规定A相所在轴——参考轴A相轴为零度。则转子初始位置角 《(/mY/a/)为转子磁场与参考轴A相轴之间的夹角。
永磁同步电机的电磁转矩基本上取决于定子电流在(？轴上的分量。而d轴 上的分量主要用途是励磁，由于永磁同步电机的转子磁链恒定不变，所以普遍 采用按转子磁链定向的矢量控制，控制的实质就是通过对定子电流的控制来实 现交流永磁同步电动机的转矩控制。转速在基速以下时，在定子电流给定的情 况下，控制/,=0可以更有效的产生转矩，本发明方法主要利用电磁转矩使转子 向设定的方向转动，因此在步骤一中令永磁同步电机定子的9轴电流/9=0，永磁 同步电机定子的"轴电流^=0，在后续的步骤中增加^的值，而^一直为0。本发明采取的控制方式是在同步旋转坐标系(d-q轴系)下的闭环控制, 保证d轴、q轴电流仏/《能够跟踪给定值——定子的^轴给定电流/^,、定子 的《轴给定电流、W。在同步旋转坐标系下对永磁同歩电机的控制没有直轴电枢 反应，不会使永磁体退磁，电流控制效率高，电磁转矩能够得到有效利用。
步骤一中初始化转子给定位置角《(^=《(0)=0，此时hO，即给定的定子 磁场的相位角为O度。
步骤二中给永磁同步电机定子的《轴电流^增加^^ ，则定子磁场的电流大 小和相位都已给定，执行步骤三，判断此时的永磁同步电机定子的g轴电流i《是 否大于设定的《轴电流限幅值/^ax，判断结果为否，执行步骤四，步骤四中将 步骤二中获得的《轴电流^赋值给《轴给定电流^^，同时令^<=^=0，根据公 式(3)，将两相同步旋转轴系下的《轴给定电流/^,和"轴给定电流^^转变成 三相静止轴系下的三相定子电流4、 /6、(，采用空间矢量脉宽调制控制方法输 出三相定子电流/。、 /6、(控制永磁同步电机建立定子磁场，本发明提出的确定 永磁同歩电机转子初始位置角的方法，通过控制&、 ^间接控制定子三相电流/。、 /6和(，控制量为直流量，而不是三相电流控制模式下的正弦量，控制信号的产 生不像产生正弦信号那样复杂，可以像控制直流电机那样来控制永磁同步电机， 控制方法简单，控制效果明显。
此时的定子磁场的电流值为^6/=/9， ^e/=^=0，相位为《(A)，在定子磁 场的作用下，转子被带动向转子给定位置角《("方向旋转，步骤五和步骤六就 是判断转子的转动情况，如果转子既没有顺时针转动，也没有逆时针转动，说 明转子的磁场方向可能与给定的定子磁场方向重合，为了确定这个结论，返回 执行步骤二，继续增加一个电流递增值^^， O相位不变，如果转子初始位置角 《(/mY/a/)为0，则无论怎么增加《轴电流^的值，转子都不会转动，设定一个电
流限幅值^皿，当^^"ax时，确定结论输出转子初始位置角初判值
《(>^)=0;
如果转子初始位置角不为o，则它会在给定的定子磁场作用下旋
转，如果顺时针转动m线，确定下一个转子给定位置角《(* + 1)=《("+ ^，即 下一个给定的定子磁场的相位为《(Q + ;，转子顺时针旋转，说明此时给定的定子磁场的角度小于转子磁场与A相轴的夹角，转子要顺时针旋转向定子磁场
靠拢，以达到两个磁场重合的目的，在判断到这个结论后，程序将下一个定子
磁场的相位逆时针调整，使转子磁场向给定的定子磁场相位逼近；如果逆时针 转动m线，确定下一个转子给定位置角《Ot + l)^《(A:)-^r，即下一个给定的定 子磁场的相位为《(/t)-^，转子逆时针旋转，说明此时给定的定子磁场的角度
大于转子磁场与A相轴的夹角，转子要逆时针旋转向定子磁场靠拢，以达到两 个磁场重合的目的，在判断到这个结论后，程序将下一个定子磁场的相位顺时 针调整，使转子磁场向给定的定子磁场相位逼近。定子磁场的相位也就是转子 给定位置角，为了控制精度， 一般m选择5线 10线。
转子经过步骤七或步骤八后，判断每次转子磁场逼近给定的定子磁场时转 动的角度^T是否小于设定的精度允许增加角度"，0.5°< <1°，如果^<"，
说明转子磁场与给定的定子磁场己经很接近了，在允许的精度的范围内，认定
为转子磁场与定子磁场重合，这时给定的磁场的相位《("即为所求的转子磁场
所在方向，上述步骤中不断改变定子磁场的相位，其目的就是让给定的定子磁
场不断的逼近实际的转子磁场位置， 一旦满足步骤九的条件即认定为给定的定
子磁场与转子磁场重合，获得步骤十一转子初始位置角初判值《C/^0 。
本发明方法对于转子初始位置角《(/"&W)的确定歩骤分两个阶段确定转 子磁极方向(平行于磁场)和确定转子磁极指向(N、 S极的方向)。第一阶段 如步骤一至步骤十一所述，通过判断编码器转动方向以及转动线数(m线)确 定电角度的给定值，使定子电流产生的磁场逐渐逼近转子磁场。，当达到电流给 定的限幅值或者精度达到要求时，完成第一阶段，进入第二阶段，第二阶段仅 需要判断本次转子的转动方向，不需要系统记录前次转子转向，故系统开销下 降，简化了软件编程工作。同时，给定的电流限幅值/^^、码盘转动线数和精 度允许增加角度"等参数都可以人为设置，可以保证每次判断的可靠准确，避第10/12页 免了外界干扰造成的不确定影响，增加丫控制柔性和智能程度。第二阶段中， 已经判断出转子磁极的切线方向，存在两种情况已判断的方向与转子磁极指 向重合或者相反。为了准确判断磁极的指向，避免判断的角度和实际的角度相 差180度，通过在已判断的角度值基础上增加90度的方式，再次控制定子电流 以产生垂直于第一歩屮判断的磁场方向的电磁转矩，使转子具有向磁场方向法 向旋转的趋势，通过判断转子转向，最终确定实际转子初始位置角。完成初始 角度确定工作后，退出初始定位过程。第二阶段如步骤十二至步骤十六所述， 具体说明如下
步骤十二中，将给定的定子磁场的相位逆时针旋转90度，是为了产生一个 直于转子磁场方向的转矩，目的是为了通过转子顺时针还是逆时针旋转来判断 转子的磁极布置，也就是转子磁场真正的方向。步骤十三中给定的定子电流比 前述步骤中给定的电流大，目的是为了产生的定子磁场的转矩大到足以让转子 转动，不会让转子发生不转动的失误情况。
步骤十四，只要转子转动1线就会被检测到，并进行判断，步骤十四条件
如果成立，转子顺时针旋转了，说明转子初始位置角初判值《C/^w)指示的矢量
方向与转子磁场实际的指示方向一致，则转子初始位置角为《(/"/^/)=《0^0 ; 如果步骤十四不成立，则转子逆时针旋转了 1线，说明转子初始位置角初判值 《C/^)指示的矢量方向与转子磁场实际的指示方向正好相反，相差180度，则
转子初始位置角为=《C/ wO + ;r 。
具体实施方式
二、下面结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式 与实施方式一的不同之处在于，步骤五中判断电机是否顺时针旋转了w线的方
法为
. 采用增量式编码器测量永磁同步电机转子的位置信息，当所述增量式编码
器输出m个脉冲，并且输出的A脉冲滞后于B脉冲90度时，则永磁同步电机 顺时针旋转了m线。
步骤六中判断电机是否逆时针旋转了 m线的方法为
采用增量式编码器测量永磁同步电机转子的位置信息，当所述增量式编码 器输出m个脉冲，并且输出的A脉冲超前于B脉冲90度时，则永磁同步电机 逆时针旋转了m线。其它步骤与实施方式一相同。
图4给出一个实现本发明所述方法的交流伺服驱动器2的系统原理图，所 述交流伺服驱动器2的交流输入信号经过整流电路、上电软启动电路、滤波电 路和能耗制动电路进入IPM三相逆变桥电路，整流电路的输出信号还通过控制 电源输出给数字信号处理器作为工作电源，数字信号处理器输出的软启动控制 信号通过继电器控制电路输出给上电软启动电路，数字信号处理器输出的PWM 控制信号通过开关管驱动控制电路转换成6路PWM驱动信号输出给IPM三相 逆变桥，开关管驱动控制电路还输出制动控制信号给能耗制动电路，电流A/D 采样模块将采集获得的两路电流信号输出给数字信号处理器，调理电路将采集 到的编码器信号输出给数字信号处理器。
实施方式一所述的永磁同步电机转子初始位置角的确定方法编译成转子初 始位置检测程序，设置在数字信号处理器(DSP)中，交流伺服驱动器2中以 数字信号处理器(DSP)为核心，采用增量式编码器1测量永磁同步电机转子 的位置信息，即A/B/Z信号，所述A/B/Z信号经过调理电路处理后输出给数字 信号处理器。
增量式编码器1的特征是只输出A、 B、 Z三路脉冲信号，其中A、 B信号 是正交的，当永磁同步电机正转时，A脉冲相位超前于B脉冲90度，当永磁同 步电机反转时，A脉冲相位滞后于B脉冲90度，永磁同步电机每转一圈，增量 式编码器1输出一个Z脉冲。数字信号处理器里面的QEP模块参与处理增量式 编码器l反馈回来的信号，可以获得永磁同步电机的转向及转动脉冲数。
采用实施方式一所述永磁同步电机转子初始位置角的确定方法计算转子初 始位置角《(/m'^/)，在计算转子初始位置角过程中，由程序设定《轴 给定电流、 d轴给定电，经过坐标变换，按SVPWM方式由开关管驱动 控制电路控制IPM三相逆变桥输出三相定子电流/。、 4和"建立定子磁场， 带动转子向转子给定位置角《(W方向旋转，基于磁场定向控制按SVPWM方式 输出驱动信号来控制IPM三相逆变桥的工作状态。
利用电流A/D采样模块采集被测永磁同步电机的两相定子电流/ 和/6，并 输出给数字信号处理器，因三相电流的固定关系，只采样两相定子电流z'。和^即 可获得^的数据，数字信号处理器根据反馈回来的信息发送相应的命令通过IPM三相逆变桥输出相应电机驱动信号控制永磁同步电机转动，这是电流闭环控制， 采样获得的三相定子电流/。、 /6和4与程序设定的给定电流相同(经坐标变换 后)。
数字信号处理器根据电流A/D采样模块得到定子电流值以及增量式编码器 1反馈回来的A/B/Z信号，采用实施方式一所述永磁同步电机转子初始位置角 的确定方法，计算并输出6路PWM波信号到IPM三相逆变器中，控制定子输 出电流，进而控制定子磁场旋转，驱动电机转动。
定子电流的形成是由两种参量决定的， 一种是定子电流反馈值/。、 /6和4， 一种是转子的绝对位置信息。而仅采用A/B/Z式的增量式编码器1不能够获得 转子绝对信息，只能获得相对增量信息，所以，采用实施方式一所述方法获得 转子初始位置信息，再结合增量式编码器1获得增量信息，来获得转子的绝对 信息。完成初始角度确定工作后，退出初始定位过程。 一旦初始位置信息得到 后，输出电流的计算方法和一般增量式编码器的就没有区别了。
权利要求
1、永磁同步电机转子初始位置角的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、初始化以下变量值永磁同步电机定子的q轴电流iq＝0，永磁同步电机定子的d轴电流id＝0，令k＝0，转子给定位置角θe(k)＝θe(0)＝0，步骤二、将永磁同步电机定子的q轴电流iq增加Δiq，即iq＝iq+Δiq，Δiq为q轴电流递增值，Δiq取永磁同步电机定子的q轴电流限幅值iq max的1％～5％，步骤三、判断是否满足条件iq≥iq max，判断结果为是，执行步骤十一，判断结果为否，执行步骤四，步骤四、令q轴给定电流iqref＝iq、d轴给定电idref＝id，将两相同步旋转轴系下的q轴给定电流iqref和d轴给定电流idref转变成三相静止轴系下的三相定子电流ia、ib和ic，采用空间矢量脉宽调制控制方法输出三相定子电流ia、ib和ic控制永磁同步电机建立定子磁场，带动转子向转子给定位置角θe(k)方向旋转，步骤五、判断永磁同步电机是否顺时针旋转了m线，其中设定m为永磁同步电机允许转动线数m取5线～10线，判断结果为是，执行步骤八，判断结果为否，执行步骤六，步骤六、判断永磁同步电机是否逆时针旋转了m线，判断结果为是，执行步骤七，判断结果为否，永磁同步电机执行步骤二，步骤七、给出下一个转子给定位置角<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac> <mi>π</mi> <msup><mn>2</mn><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2009100724480002C1.tif" wi="42" he="8" top= "180" left = "107" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>然后执行步骤九，步骤八、给出下一个转子给定位置角<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>θ</mi> <mi>e</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac> <mi>π</mi> <msup><mn>2</mn><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009100724480002C2.tif" wi="42" he="8" top= "191" left = "107" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>然后执行步骤九，步骤九、判断是否满足条件<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mi>π</mi> <msup><mn>2</mn><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msup></mfrac><mo><</mo><mi>α</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2009100724480002C3.tif" wi="16" he="8" top= "202" left = "91" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中，α为精度允许增加角度且0.5°＜α＜1°，判断结果为是，执行步骤十一，判断结果为否，执行步骤十，步骤十、复位永磁同步电机定子的q轴电流iq＝0，令k＝k+1，然后执行步骤二；步骤十一、转子初始位置角初判值θe(dirst)＝θe(k)，步骤十二、将转子给定位置角θe(k)逆时针旋转90度，产生一个垂直于转子磁场方向的转矩，步骤十三、令iqref＝iq max×p％，idref＝0，根据iqref和idref，并采用空间矢量脉宽调制控制方法控制输出定子电流建立定子磁场，带动转子向转子给定位置角θe(k)方向旋转，其中，p％取永磁同步电机定子的q轴电流限幅值iq max的2％～5％，步骤十四、判断永磁同步电机是否顺时针旋转1线，判断结果为否，执行步骤十五，判断结果为是，执行步骤十六，步骤十五、获取转子初始位置角θe(initial)＝θe(fisrt)，步骤十六、获取转子初始位置角θe(initial)＝θe(fisrt)+π。
2、 根据权利要求l所述的永磁同步电机转子初始位置角的确定方法，其特征在于，步骤五中判断永磁同步电机是否顺时针旋转了m线的方法为采用增量式编码器测量永磁同步电机转子的位置信息，当所述增量式编码 器输出m个脉冲，并且输出的A脉冲滞后于B脉冲90度时，则永磁同步电机 顺时针旋转了附线。
3、 根据权利要求l所述的永磁同步电机转子初始位置角的确定方法，其特 征在于，步骤六中判断永磁同步电机是否逆时针旋转了w线的方法为采用增量式编码器测量永磁同步电机转子的位置信息，当所述增量式编码 器输出m个脉冲，并且输出的A脉冲超前于B脉冲90度时，则永磁同步电机 逆时针旋转了^线。
全文摘要
永磁同步电机转子初始位置角的确定方法，属于电机控制领域，本发明是为了解决交流伺服系统中电机转子初始位置的检测方法及装置专利提供的转子检测方法存在逻辑判断较复杂、检测易失败的问题。本发明利用控制两相同步旋转轴系下的d、q轴电流的幅值和相位，进而控制三相静止轴系下的三相定子电流的幅值和相位，在给定的定子磁场下控制电机转子的转动，根据增量式编码器反馈的脉冲信号，使给定磁场方向逐渐循环逼近实际的转子位置角，直到给定的d、q轴电流对应的定子磁场方向和转子磁场方向重合。给定的定子电流磁场方向改变90度，在转子上面以产生一个垂直于转子磁场方向的转矩，根据转子的转动方向，最终判断实际转子的初始位置角度。
文档编号H02P6/16GK101594114SQ200910072448
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月2日 优先权日2009年7月2日
发明者徐殿国, 明 杨, 里 牛, 王宏佳 申请人:哈尔滨工业大学