本发明涉及伺服驱动控制技术领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机初始位置辨识方法及装置。
背景技术
永磁同步电机具有体积小，功率密度大，可靠性高的优点，在现今交流伺服控制系统中所占比重较高。针对永磁同步电机的伺服系统多为闭环控制系统，需要安装位置传感器以获取转子实时的位置信息与转速信息，但在一些实际应用场合，受环境影响无法安装位置传感器。因此有些时候位置传感器安装在电机外面，如机器主轴上，但由于具有一定机械传动比，电机转子角度和位置传感器的输出不是一一对应关系。永磁同步电机进行闭环矢量控制首先要确定电机转子的初始位置，转子初始位置判断的准确性关系到电机是否能正常运行，若转子初始位置检测错误，电机会失控飞车，危及操作人员人身安全，即使是转子初始位置有一定的误差，也会降低电机输出转矩，影响电机运行效率，电机发热严重，驱动器会过流或过载报警。因此准确辨识出电机初始位置，是伺服驱动系统稳定运行的关键。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的永磁同步电机中若转子初始位置检测错误，电机会失控飞车，危及操作人员人身安全，即使是转子初始位置有一定的误差，会降低电机输出转矩，影响电机运行效率，电机发热严重，驱动器会过流或过载报警的技术缺陷，提供一种永磁同步电机初始位置辨识方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种永磁同步电机转子初始位置辨识方法，该辨识方法包括以下步骤：
s1：电机i/f运行，将永磁同步电机转子拖到磁极零点处；
s2：向永磁同步电机分别通入100、010、001三个电压矢量，并对应地通过ad依次采样得到三相电流iu、iv、iw；其中，iu为电机u相电流，iv为电机v相电流，iw为电机w相电流，100电压矢量指igbt的u相上桥开，v相和w相下桥开，010电压矢量指igbt的v相上桥开，u相和w相下桥开，001电压矢量指igbt的w相上桥开，u相和v相下桥开；
s3：根据三相电流iu、iv、iw计算出电机转子初始角度θ0，计算公式如下：
s4：若转子初始角度θ0满足|θ0|≤θth，则辨识成功，转至步骤s5，若不满足，则返回步骤s2重新辨识，若辨识失败次数达到预设次数则判定辨识失败，流程结束；其中，θth转子初始位置θ0的误差范围，θth为预设值；
s5：电机转子初始角度θ0清零，并开始正常读取编码器数据，永磁同步电机进入正常运行状态。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，在步骤s1之前还包括：
s0、上电，伺服驱动器检测工作电压、编码器接线是否正常；若正常则开始执行后续步骤，否则发出异常工作警报。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，步骤s1中所述i/f控制策略是一种电流闭环转速开环的矢量控制策略，基本原理为：在永磁同步电机dq旋转坐标系中通入一个旋转的电流矢量，电流矢量在旋转坐标系中做匀速圆周运动，电流矢量的幅值为矢量控制中给定的q轴电流值，电流矢量匀速圆周运动的角速度△θ为：
△θ＝ω＝2πf
其中，△θ为角度增量，f为永磁同步电机运行频率，由驱动器面板参数给定。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，步骤s1中所述磁极零点是磁场定向角θ为
θ＝σδθ。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，所述步骤s2中各个电压矢量的幅值对应为1个pwm周期的占空比，且由驱动器面板参数给定。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，所述步骤s2中三个电压矢量的作用间隔大于预设值，以保证本次电压矢量作用时，永磁同步相电流充分降低到零；且三相电流iu、iv、iw是在pwm关管瞬间进行ad采样的，即在电流最大点采样的。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，θth＝5°。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，在步骤s4中，所述预设次数≥2。
优选地，在本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法中，所述步骤s5中转子角度清零具体是指：永磁同步电机转子初始位置已在零点，可以清零并进入正常运行状态，永磁同步电机正常运行时转子角度从编码器获取。
根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题，还提供了一种永磁同步电机转子初始位置辨识装置，该装置采用上述任一项中的永磁同步电机转子初始位置辨识方法进行永磁同步电机转子初始位置辨识。
实施本发明的永磁同步电机转子初始位置辨识方法与装置，具有以下有益效果：本发明首先i/f开环运行把永磁同步电机转子拖到零点，然后向电机注入100、010、001三个电压矢量，并通过ad采样uvw三相电流，根据三相电流计算出转子当前位置，若当前位置在零点附近，则辨识成功，电机进入正常运行状态，注入电压矢量的目的是为了进一步确认转子位置是否在零点。因此本发明能准确辨识出转子初始位置，保证永磁同步电机顺利启动、正常运行，避免了启动时失控飞车、运行时过流、过载等问题，提高了交流伺服驱动系统的可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明中电机、编码器、主轴安装示意图；
图2是本发明的用于永磁同步电机转子位置辨识方法一实施例的流程图；
图3是永磁同步电机凸极效应电流波形图；
图4是igbt对应的矢量图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，其为本发明应用范围即背景条件，编码器安装在机器主轴上，电机由于安装尺寸的要求没有空间安装编码器，由于存在机械齿轮比的问题，编码器和电机转子位置不是一一对应关系，因此在驱动器上电后必须自动辨识出转子初始位置。图2给出了该初始位置辨识方法的流程图。包括以下步骤：
s0：系统上电，伺服驱动器检测工作电压、编码器接线是否正常，若正常则继续步骤s1，否则发出异常工作警报。
s1：电机i/f运行，将永磁同步电机转子拖到磁极零点处。i/f控制策略是一种电流闭环转速开环的矢量控制策略，基本原理为：在永磁同步电机dq旋转坐标系中通入一个旋转的电流矢量，电流矢量在旋转坐标系中做匀速圆周运动，电流矢量的幅值：
其中id＝0，iq＝im，im由伺服驱动器面板参数给定。
电流矢量做匀速圆周运动的角速度为：
△θ＝ω＝2πf
其中△θ为角度增量，f为永磁同步电机运行频率，由驱动器面板参数给定。磁极零点是磁场定向角θ为
θ＝∑δθ
s2：向永磁同步电机分别通入100、010、001三个电压矢量，并对应地通过ad依次采样得到三相电流iu、iv、iw。其中，iu为电机u相电流，iv为电机v相电流，iw为电机w相电流。
如图4所示，向电机通入100、010、001三个电压矢量分别如下：
100电压矢量指igbt的u相上桥开(即图中加箭头部分，其他部分也与此相同)，v相和w相下桥开。
010电压矢量指igbt的v相上桥开，u相和w相下桥开。
001电压矢量指igbt的w相上桥开，u相和v相下桥开。
电压矢量的幅值对应为1个pwm周期的占空比，其值也由驱动器面板参数给定。同时这三个电压矢量作用必须间隔足够长的时间，保证电机相电流充分降低到零，uvw三相电流必须在pwm关管瞬间采样，即在电流最大点采样。
s3：根据三相电流计算出电机转子初始角度θ0：
如图3所示，其中iu为电机u相电流，iv为电机v相电流，iw为电机w相电流。
s4：若转子初始角度θ0满足|θ0|≤θth，则辨识成功，转至步骤s5若不满足，则重新辨识，即重新执行s3步骤，若三次辨识失败，伺服驱动器报警提示。即θ0必须满足：
|θ0|≤θth
其中，θth转子初始位置θ0的误差范围，根据当前系统的辨识精度预先设定，一般θth＝5°。
s5：转子初始角度θ0，并开始正常读取编码器数据，永磁同步电机进入正常运行状态。转子初始角度θ0清零，即永磁同步电机转子初始位置已在零点，可以将转子初始角度θ0并进入正常运行状态，电机正常运行时转子角度从编码器获取。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。