交流永磁同步电机转子的位置识别方法与流程

本发明涉及电力电子技术与系统辨识领域，特别涉及一种交流永磁同步电机转子的位置识别方法。
背景技术：
：在交流伺服电机中，电机的电磁转矩由下式表示：Me＝kt[iacos(θr)+ibcos(θr+2π/3)+iccos(θr-2π/3)]其中：Me表示电机产生的电磁转矩，ia、ib和ic分别为电机的相电流，kt为转矩常数，θr表示电机转子的电角度。其中，电机的相电流ia、ib和ic可分别表示如下：ia＝Iqcos(θ'r)；ib＝Iqcos(θ′r+2π/3)；ic＝Iqcos(θ′r-2π/3)；其中，Iq是转矩命令电流，θ’r是量测到的转子的电角度，将上述相电流公式代入电磁转矩公式可得：Me＝(3/2)ktIqcos(θ′r-θr)假定θr∈[02π),θ'r∈[02π)，显然，当θ'r＝θr时，电机的电磁转矩Me得到最大值。当|θ'r-θr|<π/2时，电磁转矩Me为正，当|θ'r-θr|＝π/2时，电机的电磁转矩Me为零，当|θ'r-θr|>π/2时，电机的电磁转矩Me为负，并在系统闭环会导致一个正反馈发生。所以，在实际的伺服控制系统中，交流永磁同步电机的转子的位置的检测非常重要，如果不能较准确检测交流永磁同步电机的转子的位置，其产生的后果，轻则降低电机的输出转矩、让电机过分发热，重则会产生正反馈，做成很严重的装备损毁。技术实现要素：本发明提供一种交流永磁同步电机转子的位置识别方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。为解决上述技术问题，本发明提供一种交流永磁同步电机转子的位置识别方法，包括：步骤1：选取若干磁通角，将与该磁通角对应的定子电流在开环的状态下分别激励电机，并采用特定的DAC信号作为激励波形，记录电机的加速度信号；步骤2：去除加速度信号中的低频信号；步骤3：计算获取电机转子的初始位置。作为优选，所述DAC信号的形成方法为：电机控制系统中的DSP控制器向电机驱动器发送控制信号，采用D/A转换器将所述控制信号转为模拟信号，该模拟信号即为驱动器的给定值，D/A转换器的输入即为DAC信号。作为优选，所述DAC信号的波形包括位于横轴上方的第一波形和位于横轴下方的第二波形，所述第一、第二波形的周期不同。作为优选，所述第一波形的幅值大于第二波形的幅值。作为优选，所述步骤2中，采用快速傅立叶变换去除加速度信号中的低频信号。作为优选，所述步骤3包括：对去除低频信号后的加速度信号和DAC信号进行相关性分析，并计算出两者相关系数，根据该相关系数计算得出电机转子的初始角度。作为优选，用acc(t)表示去除低频信号后的加速度信号，用dac(t)表示DAC信号；则加速度信号和DAC信号进行相关性分析得到的相关系数，可表示为：其中，T为DAC信号的周期；所述相关系数b(t)相对于若干磁通角为正弦波取值，故假设：b(t)＝Bsin(θs(t)+φ)其中，B和φ分别是正弦波的幅值和相位；从加速度信号选取若干加速度值连同所述磁通角带入到上述两公式中，计算获取所述正弦波的幅值B和相位φ，相位φ便为电机转子的初始角度。作为优选，所述加速度值选取15～30个，所述磁通角选取5～8个。作为优选，所述加速度信号的波形与所述DAC信号波形相同，通过在一个周期内对所述DAC信号取值，获取对应的加速度值。与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、本发明利用与磁通角对应的定子电流在开环的状态下去激励电机，并利用DAC信号作为激励波形来激励电机，可以减少电机的移动距离，进而可以适应于任何场合；2、本发明的辨识误差在8个电角度以内，而已有的伺服电机转子的初始位置的识别方法的辨识方法可达10-15个电角度，因此，本发明相对于现有技术具有较高的精度，避免出现电机过分发热的现象，且不会产生正反馈。3、本发明对电机转子的角度检测和识别的时间很短，不超过100ms，大大提高了工作效率。附图说明图1为DAC信号的波形示意图；图2为电机的加速度波形示意图；图3为连续状态下电机的速度波形示意图；图4为连续状态下电机的位移波形示意图；图5为离散状态下电机的速度波形示意图；图6为离散状态下电机的位移波形示意图；图7为相偏移引起的电机加速度波形示意图；图8为DAC信号和电机的加速度波形对比图；图9为FFT变换前后电机的加速度波形对比图；图10为FFT变换前电机加速度的频谱图；图11为FFT变换后电机加速度的频谱图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的交流永磁同步电机转子的位置识别方法，包括：步骤1：选取5～8个磁通角，本发明优选6个磁通角，将与该6个磁通角对应的定子电流在开环的状态下分别激励电机，记录电机的加速度信号。具体地，本发明采用DAC信号作为激励波形，所述DAC信号的形成方法为：电机控制系统中的DSP(数据信号处理)控制器向电机驱动器发送控制信号DAC，该控制信号DAC是一个数字信号并连接到位于电机驱动器上的D/A转换器的输入端，D/A转换器将所述控制信号DAC转为模拟信号，该模拟信号即为驱动器的给定值，D/A转换器的输入即为DAC信号。需要说明的是，由于D/A转换器的输入与D/A转换器的输出一一对应，所以，DAC信号即为电机驱动器的给定值。采用该DAC信号作为激励波形，一方面可以减少电机的移动距离；另一方面还可以避免靠近电机的共振频率，以免对测试结果产生负面影响。所述DAC信号的波形如图1所示，包括位于横轴上方的第一波形和位于横轴下方的第二波形，所述第一波形的周期T1与第二波形的周期T2不同,本实施例中，T1＝5ms，T2＝10ms。进一步的，在连续的情况下，以所述DAC信号激励电机，电机在一个激励周期里的移动距离是0。如图2至图4所示，分别为电机的加速度、速度和位移的波形；其中，电机的加速度波形与DAC的波形类似。进一步的，第一波形的幅值大于第二波形的幅值。具体地，在离散状态下，图5和图6分别为离散状态下电机的速度和位移波形，即一个激励波形结束后电机的绝对移动距离不为0，因此，本实施例中，将横轴上方的第一波形的幅值设置为横轴下方的第二波形的幅值的1.0256倍，如此可以确保电机在一个激励周期结束时的绝对移动距离为0。步骤2：采用快速傅立叶变换去除加速度信号中的低频信号，其中，该低频信号由电机的相偏移引起。具体地，在电机设计和调整良好的情况下，电机会有一个小的相偏移，在控制系统闭环的时候，该相偏移不会让电机抖动。但如果电机没有调整到足够好的时候，电机会有一个较大的相偏移，在控制系统闭环的时候，该相偏移会让电机产生一个大的抖动，进而会对电机转子的初始位置的检测产生一个负面的影响。由相偏移引起的电机的加速度波形如图7所示，其中，电机旋转一周对应的脉冲数为2000000。当激励信号加到电机上时，电机的加速度波形和DAC信号波形，如图8所示。进一步的，该低频信号可以通过快速傅立叶变换(FFT)移走。由前面叙述可知，第一、第二波形的频率分别为200Hz(1/T1)和100Hz(1/T2)，因此，60Hz以下的低频信号都该被移走，FFT变换前后的加速度波形如图9所示。加速度信号在FFT变换前后的频率分布图如图10和图11所示。进一步的，FFT变换中参数选择为：采样频率为2000Hz，FFT中的点数为256，两个相邻点之间的频率间隔为2000/256＝7.8125Hz。步骤3：计算获取电机转子的初始位置。对去除低频信号后的加速度信号和DAC信号进行相关性分析，并计算出两者相关系数，根据该相关系数计算得出电机转子的初始角度。具体地，步骤3包括：步骤31：对去除低频信号后的加速度信号和DAC信号进行相关性分析，并计算出两者相关系数。具体地，用acc(t)表示经过FFT变换处理后的电机加速度信号，用dac(t)表示DAC信号。对DAC信号和电机的加速度信号作一个相关分析，在一个激励周期内计算相关系数：其中T为DAC信号的周期，b(t)的值相对于六个磁通角而言，应该成正弦波取值，假定b(t)＝Bsin(θs(t)+φ)(2)其中B和φ分别为正弦波的幅值和相位。步骤32：从加速度信号选取若干加速度值连同所述磁通角带入到上述两公式中，计算获取所述正弦波的幅值B和相位φ，相位φ便为电机转子的初始角度。具体为：所述加速度信号的波形与所述DAC信号波形相同，通过在一个周期内对所述DAC信号取值，获取对应的加速度值，通常取15～30个，本实施例在一个完整的激励周期的DAC信号中取20个值，那么在一个完整的激励周期中电机的加速度也有20个值，对式(1)离散化就变为：本实施例中，六个磁通角分别取值为π/2，5π/6，7π/6，3π/2，11π/6和13π/6，将该六个角度记为θs(i),i＝1,2,…6，则有：同时那么其中，相位φ便为辨识到的永磁同步电机转子的初始角度。下面以旋转(DDR)电机为例，说明本发明的技术效果：其中，DAC信号的幅值为500LSB，电机旋转一周编码器输出的脉冲数为2000000，以与π/2，5π/6，7π/6，3π/2，11π/6和13π/6六个磁通角对应的定子电流激励电机，激励波形采用DAC信号，如图1所示。计算得到电机的加速度信号，每个激励周期中，从DAC信号中选择20个取值，则对应的加速度信号有20个值，利用式(3)可以得到b(i)(i＝1,2…6)的值，即每个磁通角对应一个b(i)，如表1所示。表1.电机的磁通角和b(i)的值θs(i)b(i)1π/231061.125π/699409.537π/695916.143π/2-2473.3511π/6-99034.8613π/6-97396.6由式(4)和式(5)可得a1＝201522.2,a2＝-275471由式(6)和式(7)可得则该DDR电机的转子的初始电角度为φ＝-0.939206。所以有b(i)＝Bsin(θs(i)+φ)＝113771.6sin(θs(i)-0.939206)i＝1,2…6滤波误差为：由此可知，本发明的检测时间短，计算快速方便，且具有较高的精度。显然，本领域的技术人员可以对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。当前第1页1 2 3