永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法。过程为：向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量，获取各方向对应的直轴电感，当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值大于设定值时，则以最大的直轴电感对应的电压矢量的方向为基准位置，以基准位置为基础调整输出电压矢量的方向，逐步确定电机初始磁极位置；根据初始磁极位置，沿着初始磁极位置方向和初始磁极位置旋转90°方向分别输出两个电压脉冲矢量，根据电机工作的数学模型计算电机的直轴电感和交轴电感。本发明专利技术通过输出不同方向的脉冲电压矢量就能在不转动电机的前提下，准确辨识出电机磁极的初始位置和交直轴电感，辨识方法原理简单，实现方便，精度高。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法
本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法。
技术介绍
永磁同步电机在工业控制场合得到越来越多的应用，传统的方法中检测转子位置的方式如采用光电编码器，旋转编码器和磁编码器等，然而高精度、高分辨率的位置传感器价格昂贵，不仅增加了系统成本，还降低了系统应用的可靠性，因此无位置传感器控制技术已成为永磁同步电机控制研究的一个重要方向。为了实现高性能的永磁同步电机矢量控制系统，获取准确的转子磁极位置信息必不可少，在无位置传感器控制系统中，系统启动的初始位置检测就需求被辨识出来，以便某些不允许永磁同步电机自由旋转的场合电机能够平稳正常的启动。目前电机初始磁极位置的辨识是通过高频信号的注入，实现对转子位置的估计，通过对电压基波上叠加高频电压分量，并对检测的电流信号进行信号提取以获取转子位置信息，这种方法对获取的电压、电流精度要求较高，不然就会影响初始位置精度；且这种方法只适合与电机能够转动的情况，对其他电机不能转动的场合，该方法就不能适用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述
技术介绍
存在的不足，提供一种方法简单、实现方便的永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法。本专利技术采用的技术方案是：一种永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法，包括以下步骤：步骤1，向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量，获取各方向对应的直轴电感，当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值大于设定值时，则以最大的直轴电感对应的电压矢量的方向为基准位置，以基准位置为基础调整输出电压矢量的方向，逐步确定电机初始磁极位置；当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值小于等于设定值时，则确定电机初始磁极位置为两个直轴电感对应的电压矢量方向的角度平分线所在位置；步骤2，根据初始磁极位置，沿着初始磁极位置方向和初始磁极位置旋转90°方向分别输出两个电压脉冲矢量，检测这两个方向的电流分量，根据电机工作的数学模型计算电机的直轴电感和交轴电感。进一步地，在向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量之前，先向电机控制器输出一定方向的电压矢量，检测该方向上的电压矢量对应的电流，根据电流大小确定电机控制器的开关频率。进一步地，确定电机的开关频率的方法为：1)设定一个电机控制器的开关频率，向电机控制器输出一个方向为A相、时间为一个开关周期的电压矢量，一个周期之后，检测在该电压矢量作用下的电流幅值；2)若电流幅值大于等于电机额定电流的四分之一，则确定电机的开关频率为该电流幅值对应的开关频率；3)若电流幅值小于电机额定电流的四分之一，则减小开关频率到上一次开关频率的一半，重新检测电流幅值，直到某个开关频率下对应的电流幅值大于电机额定电流的四分之一，则确定电机的开关频率为该电流幅值对应的开关频率。进一步地，输出的四个电压矢量的方向分别为0°、90°、180°和270°。进一步地，以基准位置为基础调整输出电压矢量的方向，逐步确定电机初始磁极位置的方法为：A、向电机控制器输出两个电压矢量，两个电压矢量方向分别为θ0/2n+θn和﹣θ0/2n+θn，n为正整数，θn为上一次选取的基准位置，θ0为标定值；B、分别检测两个电压矢量作用下的电流幅值，比较两个电流变化率的大小，选取较大的电流变化率对应的电压矢量方向作为下一次的基准位置；C、判断两个电压矢量方向之差的绝对值是否小于等于设定值，若是则确定电机初始磁极位置为两个电压矢量方向的角度平分线所在位置；若不是则重复步骤A-B，直至两个电压矢量方向之差的绝对值小于等于设定值。上述步骤A-C的详细过程如下：a、向电机控制器输出两个电压矢量，两个电压矢量方向分别为θ0/2+θ1和﹣θ0/2+θ1，幅值相同，θ1为上述步骤1中第一次确定的初始位置，θ0为标定值，取值为45°；b、分别检测步骤a中两个电压矢量作用下的电流幅值，比较两个电流变化率的大小，选取较大的电流变化率对应的电压矢量方向作为第二次的基准位置θ2，即θ2等于θ0/2+θ1或﹣θ0/2+θ1；c、向电机控制器输出两个电压矢量，两个电压矢量方向分别为θ0/4+θ2和﹣θ0/4+θ2，幅值相同；d、分别检测步骤c中两个电压矢量作用下的电流幅值，比较两个电流变化率的大小，选取较大的电流变化率对应的电压矢量方向作为第三次的基准位置θ3；……e、向电机控制器输出两个电压矢量，两个电压矢量方向分别为θ0/2n+θn和﹣θ0/2n+θn，幅值相同；f、分别检测步骤e中两个电压矢量作用下的电流幅值，比较两个电流变化率的大小，选取较大的电流变化率对应的电压矢量方向作为第n+1次的基准位置θn+1；g、上述每一次选取基准位置后均判断上一步骤中的两个电压矢量方向之差的绝对值是否小于等于设定值，若是则确定电机初始磁极位置为两个电压矢量方向的角度平分线所在位置；若不是则继续进行后面步骤，直至两个电压矢量方向之差的绝对值小于等于设定值。更进一步地，通过以下公式计算电机的直轴电感和交轴电感：其中，ud为沿着初始磁极位置方向输出的电压矢量的幅值，为沿着初始磁极位置方向输出的电压矢量作用下的电流变化率，id为电机的直轴电感；uq为沿着初始磁极位置旋转90°方向输出的电压矢量的幅值，为沿着初始磁极位置旋转90°方向输出的电压矢量作用下的电流变化率，iq为电机的交轴电感。本专利技术通过输出不同方向的脉冲电压矢量就能在不转动电机的前提下，准确辨识出电机磁极的初始位置和交直轴电感，不需要进行复杂的运算，也不需要复杂的算法，辨识方法原理简单，实现方便，精度高。附图说明图1为本专利技术的流程示意图。图2为本专利技术输出互相垂直的四个电压矢量的示意图。图3为本专利技术电机初始磁极位置辨识过程中输出的不同电压矢量的示意图。图4为本专利技术电机交直轴电感辨识时输出的电压矢量的示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，便于清楚地了解本专利技术，但它们不对本专利技术构成限定。如图1所示，本专利技术一种永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法，包括以下步骤：步骤1，向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量，获取各方向对应的直轴电感，当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值大于设定值时，则以最大的直轴电感对应的电压矢量的方向为基准位置θ1，以基准位置为基础调整输出电压矢量的方向，逐步确定电机初始磁极位置；当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值小于等于设定值时，则确定电机初始磁极位置为两个直轴电感对应的电压矢量方向的角度平分线所在位置；步骤2，根据初始磁极位置，沿着初始磁极位置方向和初始磁极位置旋转90°方向分别输出两个电压脉冲矢量，检测这两个方向的电流分量，根据电机工作的数学模型(即后面的公式)计算电机的直轴电感和交轴电感。上述方案中，在向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量之前，先向电机控制器输出一定方向的电压矢量，检测该方向上的电压矢量对应的电流，根据电流大小确定电机控制器的开关频率。确定电机的开关频率的方法如下：1)设定一个电机控制器的开关频率，向电机控制器输出一个方向为A相、时间为一个开关周期的电压矢量，一个周期之后，检测在该电压矢量作用下的电流幅值；2)若电流幅值大于等于电机额定电流的四分之一，则确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量，获取各方向对应的直轴电感，当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值大于设定值时，则以最大的直轴电感对应的电压矢量的方向为基准位置，以基准位置为基础调整输出电压矢量的方向，逐步确定电机初始磁极位置；当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值小于等于设定值时，则确定电机初始磁极位置为两个直轴电感对应的电压矢量方向的角度平分线所在位置；步骤2，根据初始磁极位置，沿着初始磁极位置方向和初始磁极位置旋转90°方向分别输出两个电压脉冲矢量，检测这两个方向的电流分量，根据电机工作的数学模型计算电机的直轴电感和交轴电感。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量，获取各方向对应的直轴电感，当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值大于设定值时，则以最大的直轴电感对应的电压矢量的方向为基准位置，以基准位置为基础调整输出电压矢量的方向，逐步确定电机初始磁极位置；当四个直轴电感中较大的两个直轴电感的差值小于等于设定值时，则确定电机初始磁极位置为两个直轴电感对应的电压矢量方向的角度平分线所在位置；步骤2，根据初始磁极位置，沿着初始磁极位置方向和初始磁极位置旋转90°方向分别输出两个电压脉冲矢量，检测这两个方向的电流分量，根据电机工作的数学模型计算电机的直轴电感和交轴电感。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法，其特征在于：在向电机控制器输出四个相互垂直方向的电压矢量之前，先向电机控制器输出一定方向的电压矢量，检测该方向上的电压矢量对应的电流，根据电流大小确定电机控制器的开关频率。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机初始磁极位置和交直轴电感的辨识方法，其特征在于，确定电机的开关频率的方法为：1)设定一个电机控制器的开关频率，向电机控制器输出一个方向为A相、时间为一个开关周期的电压矢量，一个周期之后，检测在该电压矢量作用下的电流幅值；2)若电流幅值大于等于电机额定电流的四分之一，则确定电机的开关频率为该电流幅值对应的开关频率；3)若电流幅值小于电机额定电流的四分之一，则减小开关频率到上一次开关频率的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文洲，金浩，牛斌，
申请(专利权)人：武汉合康动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42