一种永磁同步电机的转子初始位置检测方法及系统与流程

1.本发明涉及永磁同步电机驱动控制技术领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机的转子初始位置检测方法及系统。


背景技术：

2.d轴是电机中的直轴，q轴是交轴，在同步电机中转子磁极的中心线上，那就是直轴方向，两相邻磁极之间的垂直平分线上那就是交轴方向。转子在静止状态时初始位置检测现有许多方法，例如高频脉振注入，高频旋转电压注入等方法。这些方法大多依赖于电机d-q轴电感参数，当电机电感很小时或者电机凸极性很小时，这些方法可能会出现静止状态下初始角度收敛失败或者收敛不准确，但是电机旋转后又能准确预测位置角的情况，在工业产品制作上会出现调试困难的情况。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术中存在的电机静止状态下初始位置判断不准，从而使得电机零速到低速过渡时产生的反转以及启动失败的技术问题。
4.本发明提供了一种永磁同步电机的转子初始位置检测方法，包括以下步骤：
5.s1，设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；
6.s2，在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；
7.s3，选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；
8.s4，选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
9.优选地，所述s2还包括：在0-t1时间段内，d轴上注入电压为0，以清除励磁磁场。
10.优选地，所述s2具体包括：根据产品精度要求确定电流采样精度，根据电流采样精度决定后期注入电压幅值u2的选取；
11.其中u2的电压大小设置标准为：
12.在注入电压时电机扰动在允许范围内，同时保证采样电流大小不会触发电机的过流保护，每个采样周期内d轴电流上升幅度能够被采样电路准确采集。
13.优选地，所述u1的数值大小为u2的数值大小的十分之一。
14.优选地，所述s3具体包括：
15.采集d轴的反馈电流时，相邻两个电流采样点的电流差值大于采样精度。
16.优选地，所述s4具体包括：
17.s41，选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为下一轮注入的基准方向，且将对
应的注入角度间隔a的一半的角度间隔作为下一轮注入的间隔，然后重复步骤s3进行波形电压注入；
18.s42，选择所有波形电压注入组中d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
19.优选地，所述s4具体包括：
20.得到的真实d轴方向后进行极性判断，如果是正向则作为转子初始角度位置，如果是反向，则需要加上π作为转子初始角度位置。
21.本发明还提供了一种永磁同步电机的转子初始位置检测系统，所述系统用于实现永磁同步电机的转子初始位置检测方法，包括：
22.波形电压设计模块，用于设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；
23.在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；
24.波形电压注入模块，用于选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；
25.初始角度判断模块，用于选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
26.本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现永磁同步电机的转子初始位置检测方法的步骤。
27.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现永磁同步电机的转子初始位置检测方法的步骤。
28.有益效果：本发明提供的一种永磁同步电机的转子初始位置检测方法及系统，包括以下步骤：设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。该方案可以快速确定出电机静止状态下初始位置角度从而用于产品控制，且初始角度判断的精度可以根据具体产品要求进行自行选择，从而解决电机零速到低速过渡时产生的反转以及启动失败的情况。
附图说明
29.图1为本发明提供的一种永磁同步电机的转子初始位置检测方法的波形注入原理图；
30.图2为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
31.图3为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
32.图4为本发明提供的波形电压注入方向d1-q1坐标系与真实d-q坐标系关系图。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
34.如图1所示，本发明实施例提供的一种永磁同步电机的转子初始位置检测方法，包括以下步骤：
35.s1，设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；
36.s2，在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；
37.s3，选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；
38.s4，选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
39.该方案可以快速确定出电机静止状态下初始位置角度从而用于产品控制，且初始角度判断的精度可以根据具体产品要求进行自行选择，从而解决电机零速到低速过渡时产生的反转以及启动失败的情况。
40.在一个具体的实施场景中：
41.第一步，根据产品精度要求确定电流采样精度，根据电流采样精度决定后期注入电压幅值即预设值u2的选取。具体地，先判断波形时间t是否小于t1，若小于t1，即在0-t1时间段内，选取d轴注入电压幅值ud＝u2，将q轴注入电压uq人为设置为0，作用为清除励磁磁场，提高判断准确性。
42.其中，u2的选取要根据电机的额定输入电压来进行确定，选择的标准是在注入电压时电机扰动不能大，同时保证采样电流大小不会触发电机的过流保护，每个采样周期内d轴电流上升幅度能够被采样电路准确采集。
43.第三步，确定u2之后，按照所设计的注入波形进行注入判断。设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段。
44.具体地，在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压，并采集d轴的反馈电流。
45.其中，在t1-t2时间段内注入幅值为u1的电压，u1的作用是产生一个比较小的励磁磁场增强电机的凸极性以及确保采集到的电流初值在一个正常范围，可以降低采样精度带来的干扰，其中u1的选取不能太大。一般选择为u2的十分之一左右。
46.在t2-t3阶段内，注入幅值为u2的电压激励，并且在此阶段采集d轴反馈电流，u2的选取要根据电机的额定输入电压来进行确定，选择的标准是在注入电压时电机扰动不能大，同时保证采样电流大小不会触发电机的过流保护，每个采样周期内d轴电流上升幅度能够被采样电路准确采集。
47.在t3-t4阶段内，注入反向波形，用于抵消电压注入带来的励磁磁场，减轻电机扰动，提高判断的准确性。
48.如图4所示，第四步，选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度进行相同的电压注入方式(d轴正向注入后衔接相同时间的反向等幅电压注入)，即按照第三步中相同的电压注入方式依次注入波形电压。
49.第五步，采集不同角度下，正向电压注入时d轴反馈电流。d轴电流变化斜率绝对值越大则说明注入方向(d1轴)越靠近真实d轴方向。
50.优选的方案，随着时间推移，按照波形电压改变d轴激励幅值大小同时采集电机的电流，观察电流变化曲线图，确保相邻采样点电流差值大于采样精度以及采样电流有一个明显的变化曲线。
51.第六步，角度逼近。
52.首先，选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为下一轮注入的基准方向，且将对应的注入角度间隔a的一半的角度间隔作为下一轮注入的间隔，然后重复第四步进行波形电压注入。通过选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为下一轮注入的基准方向。将此步骤称为第一次角度估计。
53.具体地，选择将基准方向对应的注入角度间隔a的一半的角度间隔作为间隔，在方向角度a的上下方向以及基准方向角度a的方向进行相同的电压注入。
54.然后，选择所有波形电压注入组中d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
55.选择d轴电流变化斜率绝对值最大的方向作为下一轮注入的基准方向。可以根据实际设计要求不断重复本步骤直至满足设计目标。
56.第七步，得到的真实d轴方向后进行极性判断，如果是正向则作为转子初始角度位置，如果是反向，则需要加上π作为转子初始角度位置。
57.本发明涉及永磁同步电机驱动控制领域，可以辅助高频注入法以及其他无感控制技术进行初始位置的判断，在工业设计中电机在静止状态时利用无感控制技术进行初始位置确定时，当角度收敛不准确时电机会出现启动失败的情况，利用本发明提及的方法测定出电机静止状态下的初始角度再辅助其他无传感控制方法实现电机的正常启动，该方法无需位置传感器，能够与其他无传感控制方案进行组合提高控制系统的准确性。
58.本发明实施例还提供了一种永磁同步电机的转子初始位置检测系统，所述系统用于实现永磁同步电机的转子初始位置检测方法，包括：
59.波形电压设计模块，用于设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；
60.在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；
61.波形电压注入模块，用于选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；
62.初始角度判断模块，用于选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
63.请参阅图2为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图2所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处
理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：s1，设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；
64.s2，在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；
65.s3，选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；
66.s4，选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
67.请参阅图3为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图3所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：s1，设计注入周期为t的波形电压，波形周期t包括t1-t2、t2-t3、t3-t4及t4-t5共4个时间段；
68.s2，在t2-t3及t3-t4两个时间段内分别注入电压幅值为u2的正向电压和反向电压，在t1-t2及t4-t5两个时间段内分别注入电压幅值为u1的正向电压和反向电压；
69.s3，选择注入角度间隔，构成一组注入角度组，选择注入角度组内的不同角度间隔，按照步骤s2中相同的电压注入方式依次注入波形电压；采集不同角度下，正向电压注入时d轴的反馈电流；
70.s4，选择d轴电流变化斜率绝对值最大方向作为真实d轴方向，然后进行极性判断即可得到转子初始角度位置。
71.需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
72.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
73.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。