量幅值不变，通过改变定子电流矢量与转子直轴夹角β，得到电 机的电磁转矩Te与β正弦值成正比。
[0060] 本发明方法采用isd= 0的矢量控制策略，此时定子电流矢量? =[，定子电流矢量 与转矩电流方向一致。本发明需对电机进行初始定位，定义当前转子初始位置为Θ。，此时 给定永磁同步电机定子电流矢量幅值恒定，定子电流矢量位置Θ。，根据图2所示的 定位原理，转子将收到一个较大的转矩产生一个较大的瞬时速度，直到转子转过90度电角 度后，定子电流矢量与转子磁链产生的转矩接近0。因此，本发明方法初始定位过程中给定 为
[0062] 其中，4为永磁同步电机的额定电流幅值，Θ 为转子下一时刻的位置，此时定 子电流矢量和转子磁链之间的转矩近似为〇，从而实现转子保持在当前位置。考虑定子电流 矢量按照给定的速率和方向旋转，同时定子电流矢量幅值恒定，得到
[0064] 式中，Wf3为永磁同步电机定子电流矢量旋转电角速度。
[0065] 此时永磁同步电机转子磁动势与永磁同步电机定子电流磁动势交链，产生如式 (9)所示的驱动转矩，转子也跟随着定子电流给定的速率和方向转动。
[0066] 根据dq旋转变换以及3/2变换，可以得到此时通入永磁同步电机的三相绕组电流 ^A、h、ic为
[0068] 由上式可知，通入永磁同步电机三相绕组中的电流本质上为三相对称电流。本发 明方法采用数字化控制，永磁同步电机定子电流矢量产生的并不是连续的圆形旋转磁场， 而是离散的多边形磁场。永磁同步电机定子电流矢量在一个电周期进行离散化，则变为均 匀的离散定子电流矢量，这样就可以确定永磁同步电机转子跟随永磁同步电机定子电流矢 量的定位点，因此获得了类似步进电机的步进控制效果。永磁同步电机定子电流矢量离散 化之后，相邻永磁同步电机定子电流矢量之间的夹角定义为微步角，假设定子电流矢量步 进改变的时间间隔A T相等，则永磁同步电机驱动的微步角0"1描述如下：
[0069] 0m=coeAT = pn〇rAT (13)
[0070] 类比于步进电机细分控制，永磁同步电机微步驱动控制的细分数表达式如下
[0072] 理论上，转速给定越小，细分数k就越大。
[0073] 根据转矩公式（9)，可以得到采用微步驱动方式下，电机转子的驱动转矩如下式所 示
[0075] 式中，Θ $当前的永磁同步电机转子机械角位置。
[0076] 式（15)所示转矩为永磁同步电机产生的复位转矩，复位转矩迫使定转子之间的 夹角为零，使得转子能够跟随定子电流矢量的运动而转动，从而得到定子电流矢量给定的 位置就是实现电机转子增量运动所达到的定位位置。因此，定子电流矢量每跨进一步，由于 复位转矩的作用，电机转子亦跟随一步运动，其运动过程如图3所示，其中，1为给定永磁同 步电机定子电流矢量位置，2为永磁同步电机转子实际位置，如图4、图5所示为本发明方法 在定子电流矢量幅值给定为〇. 6A时，驱动40. 6kg · m2太阳翼模拟烧性负载的试验结果，太 阳帆板的巡航转速为0. 06 ° /s，图4为永磁同步电机A相电流曲线，图5为永磁同步电机 微步驱动速度波动曲线，如图6所示为根据本方法发明实现策略分别在不同的转矩电流给 定下驱动40. 6kg · m2太阳翼模拟挠性负载的速度波形测试结果。下面通过具体实施例对 一种永磁同步电机微步驱动控制方法进一步详细说明，一种永磁同步电机微步驱动控制方 法的控制方法包括以下步骤：
[0077] (1)位置传感器或无位置传感器转子位置检测方法检测到的永磁同步电机转子当 前位置送入速度给定模块，作为永磁同步电机转子位置初始值Θ。，通过位置给定计算模块 计算出转子下一时刻的给定位置BP
[0079] 其中，t为永磁同步电机驱动系统的控制周期，为永磁同步电机定子电流矢量 旋转电角速度。
[0080] (2)将速度给定模块计算得到的转子位置给定值Θ (下一时刻的给定位置）、两 电流传感器检测到的永磁同步电机定子的电流值1和i b均传输至坐标变换模块；
[0081] (3)在坐标变换模块内，对两相电流1和i b进行矢量计算，得到电机的定子三相 电流ia、ib和i。，对三相电流i a、ib和i。进行3/2坐标变换，得到两相静止坐标系下的电流 分量i α和i p，即
[0083] 其中，ic=-i a_ib;
[0084] 根据计算得到的转子位置给定值Θ ，对两相静止坐标系下的电流分量ia和i ρ 进行静止/旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量isd和i sq
[0086] (4)力矩电流给定值给定为恒值、=U，_励磁电流给定值为零，力矩电流给定值电 流检测值iji行比较得到电流差值A i sd，励磁电流给定值和isq进行比较得到电流差值 Δ isq，其中，jC为永磁同步电机的额定电流幅值。
[0087] (5)电流差值Δ isd经d轴电流环调节模块计算后输出旋转坐标系下的参考电压 4，电流差值A isqg q轴电流环调节模块计算后输出旋转坐标系下的参考电压<，
[0089] 其中，kpi为d轴电流环调节模块或q轴电流环调节模块比例系数，k "为d轴电 流环调节模块或q轴电流环调节模块积分系数，电流环设计要求动态响应较快而又不允许 过大超调量，可按典型二阶系统系统工程最佳方法来设计电流环调节器比例系数和积分系 数。
[0090] (6)将位置给定计算模块计算得到的转子位置给定值Θ 、旋转坐标系下的参考 电压心和4传输至旋转坐标反变换模块，计算得到SVPffM模块的参考输入电压心和"'为
[0092] (7)将计算得到的SVPffM模块的参考输入电压C和、作为下一周期施加的电压 传输至SVPffM模块，由SVPffM模块计算得到的三相PffM(Pulse Width Modulation，脉宽调 制）占空比，并在进入下一个周期后将输出的三相占空比PWM波形传输至三相逆变器，三相 逆变器根据输入的PWM波形产生相应的电压施加至永磁同步电机上，驱动永磁同步电机工 作。
[0093] 另外，本发明方法中电流环调节比例系数kpi的取值范围为3. 5-10,推荐值为7. 5， 电流环调节积分系数Ic11的取值范围为0. 3-0. 8,推荐值为0. 5819,控制周期为250us。
[0094] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种永磁同步电机微步驱动控制方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 检测永磁同步电机转子当前位置，并记为永磁同步电机转子位置初始值0。，计算 得到转子下一时刻的位置0Uf为其中，为永磁同步电机定子电流矢量旋转电角速度，t为永磁同步电机微步驱动控 制周期； (2) 使用两个电流传感器检测永磁同步电机定子的电流值，并记为i。、ib，进而得到永 磁同步电机的定子S相电流i。、ib、i。，对S相电流i。、ib和i。进行3/2坐标变换，得到两相 静止坐标系下的电流分量i。、iP为其中，i。=-ia-ib; (3) 根据永磁同步电机转子下一时刻位置0fw对同步旋转坐标系下的电流分量i。、ip 进行静止旋转坐标变换，得到同步旋转坐标系下的电流分量isd、isq为(4) 令永磁同步电机力矩电流给定值C为C，与iw进行比较得到电流差值Aisq，令永 磁同步电机励磁电流给定值为零，与iji行比较得到电流差值Ai,d，其中，C为永磁同 步电机的额定电流幅值； (5) 根据电流差值Aisd、电流差值Aisq生成同步旋转坐标系下的参考电压为其中，kpl为电流环调节比例系数，k11为电流环调节积分系数； (6) 根据永磁同步电机转子下一时刻位置同步旋转坐标系下的参考电压。：；,及喊 计算得到SVPWM的参考输入电压4和为(7) 将。：；和作为下一周期永磁同步电机微步驱动控制的电压，然后使用SVPWM计算 得到=相PWM占空比，使用=相逆变器根据=相PWM占空比产生下一个周期的驱动电压，并 使用该驱动电压驱动永磁同步电机。2. 根据权利要求1所述的一种永磁同步电机微步驱动控制方法，其特征在于：所述的 电流环调节比例系数kpi的取值范围为化5,10]，电流环调节积分系数k。的取值范围为 [0. 3,0.引。3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机微步驱动控制方法，其特征在于：所述的 电流环调节比例系数kpi的取值为7. 5,电流环调节积分系数k。的取值为0. 5819。
【专利摘要】一种永磁同步电机微步驱动控制方法，首先使用位置传感器检测永磁同步电机转子当前位置，并计算得到转子下一时刻的位置，检测永磁同步电机定子的电流值，进而得到永磁同步电机的定子三相电流及在两相静止坐标系下的电流分量，然后根据永磁同步电机转子下一时刻位置、两相静止坐标系下的电流分量得到同步旋转坐标系下的电流分量，最后得到电流差值，生成同步旋转坐标系下的参考电压、SVPWM的参考输入电压、三相PWM占空比，得到下一个周期的驱动电压，完成驱动。本发明方法解决了现有的闭环控制方案在面对负载惯量大等情况时具有控制不稳定的缺陷，对于大惯性负载具有很好的定位性能，而且鲁棒性强、可靠性高、控制效果好。
【IPC分类】H02P21/00
【公开号】CN105207558
【申请号】CN201510632792
【发明人】郭超勇, 陆栋宁, 张猛, 程俊波, 王友平, 梁骄雁, 于国庆
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月29日