永磁同步電機的轉子位置追蹤方法與流程
2023-06-11 03:42:31 3
本發明涉及電機的控制方法技術領域，尤其涉及一種永磁同步電機的轉子位置追蹤方法。
背景技術：
轉速追蹤功能用於永磁同步電機因慣性等處於運行狀態時，無需停止電機而從原來的速度處起動電機的情況。在某些應用場合，為了節約成本或環境惡劣導致永磁同步電機無法安裝編碼器，電機運行只能用開環控制方式。如電機啟動時，電機處於轉動狀態，無法通過編碼器獲取電機的轉速，需要轉速追蹤後再啟動。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是如何提供一種可準確的對永磁同步電機的位置進行追蹤的方法。
為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是：一種永磁同步電機的轉子位置追蹤方法，其特徵在於包括如下步驟：對永磁同步電機進行零電流控制得到定子電壓和相位，然後對永磁同步電機進行低速追蹤、高速追蹤和線性切換得到電機的轉速與位置。
進一步的技術方案在於：零電流控制下，電流環給定為零，且給定角度為零：
初始時刻若電機在旋轉，則在反電勢作用下產生定子電流；經過電流閉環的調節，定子電流減小為零，此時定子電壓與反電動勢e幅值相等且相位同步，據此可得到定子電壓幅值和相位：
由確定電機的旋轉方向，電壓、磁鏈相量圖與旋向的關係：(a)正轉，(b)反轉，據此得到轉子旋轉角度：
其中，和分別為d軸和q軸的電壓；和分別為軸和軸的電壓。
進一步的技術方案在於：當估算速度低於一定值，且不為零時進入低速追蹤階段，此階段電流閉環，電流環給定為零，、經電流閉環調節輸出得到，得到轉子的位置角度為，為估算的角度，為程序執行周期；轉速估算由下式得到：，為估算的速度，為永磁同步電機的磁鏈係數。
進一步的技術方案在於：當估算速度高於預設的低速值時進入高速追蹤階段，電流閉環，電流環給定為零，、經電流閉環調節輸出得到，得到的位置角度為：
。
進一步的技術方案在於：將位置追蹤得到的轉子電壓的幅值和相位、轉速、旋向作為正常運行的初始條件，完成位置追蹤向正常運行狀態的過渡，線性上升至開環模式下id閉環調節的輸出，線性上升至開環模式下該追蹤速度vf比的給定電壓值。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於：所述方法檢測精準，能夠實現較低速的位置跟蹤，無需額外硬體電路，相比硬體實現方法，該方法節省用於檢測電機電流或反電動勢的頻率的硬體電路。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明實施例所述方法中轉子正轉時電壓、磁鏈相量圖與旋向的關係圖；
圖2是本發明實施例所述方法中轉子反轉時電壓、磁鏈相量圖與旋向的關係圖；
圖3是本發明實施例所述方法中零電流控制框圖；
圖4是本發明實施例所述方法的流程圖。
具體實施方式
下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
總體的，如圖4所示，本發明實施例公開了一種永磁同步電機的轉子位置追蹤方法，包括如下步驟：對永磁同步電機進行零電流控制得到定子電壓和相位，然後對永磁同步電機進行低速追蹤、高速追蹤和線性切換得到電機的轉速與位置。
轉子位置追蹤主要是要估算轉子當前的速度和位置角度。位置角度的估算需要用到所估算的速度。在零電流控制階段，估算出轉子的轉速。如果轉速較低，則進入低速追蹤階段，進行估算轉子的角度。如果轉速較高，則進入高速追蹤階段，檢測轉子的角度。檢測完成後進入線性切換階段，為電機正常啟動做準備。
零電流控制下，電流環給定為零，並且給定角度給零：
初始時刻若電機在旋轉，則在反電勢作用下產生定子電流；經過電流閉環的調節，定子電流減小為零，此時定子電壓與反電動勢e幅值相等且相位同步，據此可得到定子電壓幅值和相位：
其中，和分別為d軸和q軸的電壓；和分別為軸和軸的電壓，和由電壓重構模塊得到，、進過park逆變換得到。
由可確定電機的旋轉方向，電壓、磁鏈相量圖與旋向的關係如圖1-2所示：
據此可得到轉子旋轉角度：
轉速估算可由下式得到：
，為估算的角度，為估算的速度，為永磁同步電機的磁鏈係數。
位置追蹤一共分為四個階段：零電流階段，低速追蹤階段，高速追蹤階段，線性切換階段，最終過渡到速度/轉矩控制的正常運行狀態。
零電流階段：電流控制：電流閉環，電流環給定為零。此階段即實現零電流控制方案，最終得到轉子轉速和角度。該階段持續8個開關周期，需要說明的是，本實施例中優選為8個開關周期，但不限制為8個開關周期。
當估算的電機轉速較低時，反電動勢較小，轉子旋轉角度的估算按照零電流控制方案容易產生較大誤差，所以低速時轉子角度的計算要採取不同的方案：由估算得到的轉子轉速對時間進行積分得到。
低速追蹤階段:當估算速度低於一定值（本實施選擇額定轉速的五分之一，但不限於此速度值）時進入低速追蹤階段。該階段優選持續300ms，需要說明的是，該階段的持續時間並不限制於300ms，也可以為其它時間。此階段電流閉環，電流環給定為零，、經電流閉環調節輸出得到。得到的位置角度為
高速追蹤階段:當估算速度高於一定閾值時（預設的低速值）進入高速追蹤階段，該階段優選持續100ms，需要說明的是，該階段的持續時間並不限制於100ms，也可以為其它時間。電流閉環，電流環給定為零。、經電流閉環調節輸出得到，得到的位置角度為：
；
線性切換階段:將位置追蹤得到的定子電壓的幅值和相位、轉速、旋向作為正常運行的初始條件，完成位置追蹤向正常運行狀態的過渡。該階段優選持續100ms，需要說明的是，該階段的持續時間並不限制於100ms，也可以為其它時間。線性上升至開環模式下id閉環調節的輸出，線性上升至開環模式下該追蹤速度vf比的給定電壓值。