一种永磁同步电机转子位置检测方法与流程

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种矢量控制永磁同步电机转子位置检测方法。

背景技术：

永磁同步电机在家用电器、工业自动化设备、电气车辆等领域得到了广泛应用。基于矢量控制的永磁同步电机，需要检测电机转子位置信息，这些信息通常利用在电机转轴上安装机械传感器获得。机械传感器会增加系统的体积、重量和成本，降低系统的可靠性。为了克服这一缺陷，永磁同步电机无机械传感器转子位置检测方法成了研究的热点。

目前，永磁同步电机无机械传感器转子位置检测方法主要分为两大类：一类为基于电机凸极效应的高频注入法，这类方法需要增加额外的带通滤波器，在中低速效果明显，但随着转速的升高由于高频注入电流与基频电流之间的频率越来越接近，滤波器分辨率随之下降，检测效果变差，且该方法不适用于表贴式永磁同步电机。另一类为通过电机的反电势或状态观测器检测转子位置的方法，基于状态观测器的检测方法其鲁棒性较好，但实时计算量大，动态响应不是很理想。反电势法是基于永磁电机内部电磁关系，根据实时检测的定子电流和电压来检测转子位置。这类算法的优点是简单高效，易于实现，缺点在于低速时无法获取足够大的反电动势，电机参数变化对转子位置检测精确度影响巨大。

技术实现要素：

针对传统的转子位置检测方法的不足，本发明提出了一种永磁同步电机转子位置检测方法，该方法通过从矢量控制系统交直轴电流调节器输出的电压中检测出电机转子速度，然后经积分后检测出转子位置。本发明的永磁同步电机转子位置检测方法只需电机反电动势系数，无需其它电机参数，算法十分简单，在全速范围内都能精确地检测到转子位置和速度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种永磁同步电机转子位置检测方法，其包括下述步骤：

步骤1)设置矢量控制系统r轴给定电流

步骤2)将矢量控制系统δ轴电流控制器acr输出的电压vδ根据公式(1)得到永磁同步电机转子速度近似值ωe：

ωe＝vδ/ke(1)

步骤3)将矢量控制系统r轴电流控制器acr输出的电压vr0根据公式(2)得到永磁同步电机转子速度近似值ωe的修正量ωer：

ωer＝kpvr0+ki∫vr0dt(2)

步骤4)将永磁同步电机转子速度近似值ωe和修正量ωer根据公式(3)得到永磁同步电机转子速度实际值ω：

ω＝ωe+ωer(3)

步骤5)将永磁同步电机转子速度实际值ω根据公式(4)得到永磁同步电机转子的位置θ：

θ＝∫ωdt(4)

其中：ke为永磁同步电机反电动势系数；

kp为比例系数，取值等于矢量控制系统δ轴电流环调节器acr的比例系数；

ki为积分系数，取值等于矢量控制系统δ轴电流环调节器acr的积分系数；

vr0为矢量控制系统r轴电流控制器acr输出的电压。

本发明与现有技术相比较，具有下列优点：

(1)只需永磁同步电机反电动势系数，无需其它永磁同步电机参数，对永磁同步电机参数不敏感；

(2)不依赖永磁同步电机模型，算法简单，无需高要求的cpu，降低了生产成本；

(3)对凸极和表贴式永磁同步电机都适用；

(4)从低速到高速都能准确地检测到转子位置。

附图说明

图1是本发明不同旋转坐标系的关系示意图；

图2是本发明矢量控制系统框图；

图3是本发明转子速度与位置检测方法的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的一种永磁同步电机转子位置检测方法，其包括下述步骤：

步骤1)设置矢量控制系统r轴给定电流

步骤2)将矢量控制系统δ轴电流控制器acr输出的电压vδ根据下式得到永磁同步电机转子速度近似值ωe：

ωe＝vδ/ke(5)

步骤3)将矢量控制系统r轴电流控制器acr输出的电压vr0根据下式得到永磁同步电机转子速度近似值ωe的修正量ωer：

ωer＝kpvr0+ki∫vr0dt(6)

步骤4)将永磁同步电机转子速度近似值ωe和修正量ωer根据下式得到永磁同步电机转子速度实际值ω：

ω＝ωe+ωer(7)

步骤5)将永磁电机转子速度实际值ω根据下式得到永磁同步电机转子的位置θ：

、θ＝∫ωdt(8)

其中：ke为永磁同步电机反电动势系数；

kp为比例系数，取值等于矢量控制系统δ轴电流环调节器acr的比例系数；

ki为积分系数，取值等于矢量控制系统δ轴电流环调节器acr的积分系数；

vr0为矢量控制系统r轴电流控制器acr输出的电压。

下面对本发明的永磁同步电机转子位置检测方法进行推导证明。

设永磁同步电机同步旋转坐标系为d-q坐标系，矢量控制系统的旋转坐标系为r-δ坐标系，如图1所示。

永磁同步电机在r-δ旋转坐标系下定子电压方程为：

式中ir、iδ、vr、vδ、lr、lδ分别为永磁同步电机电流、电压和电感的r、δ轴分量，r为永磁同步电机定子电阻，ke为永磁同步电机反电动势系数，ωe为r-δ旋转坐标系下永磁同步电机转子速度，θer为r-δ坐标系与d-q坐标系之间的角度差。

当采用ir＝0控制时，在稳态情况下，式(10)变为：

vδ＝riδ+keωecos(θer)(11)

由于riδ远小于keωecos(θer)，因此式(11)变为：

vδ≈keωecos(θer)(12)

当θer较小时，cos(θer)＝1，可得永磁同步电机转子速度近似值ωe为：

ωe＝vδ/ke(13)

理想情况下θer＝0，r-δ旋转坐标系与d-q旋转坐标系重合，式(9)变为：

通过观察式(14)和式(9)，r-δ旋转坐标系与d-q旋转坐标系存在转子位置偏差主要由于r轴电压存在分量keωesin(θer)，设为vr0，其值等于r轴电流调节器acr的输出，如图2所示。

当θer较小时，sinθer≈θer，可得r轴电流调节器acr的输出为：

vr0＝keωeθer(15)

由式(15)可知，vr0与θer成正比，对分量vr0进行比例积分调节即可得到永磁同步电机转子速度近似值ωe的修正量ωer：

ωer＝kpvr0+ki∫vr0dt(16)

式中kp、ki分别是比例和积分系数，取值分别等于矢量控制系统δ轴电流调节器acr的比例和积分系数，用修正量去调整转子速度近似值ωe就可以得到永磁同步电机实际转子速度ω为：

ω＝ωe+ωer(17)

对式(17)进行积分就可以得到永磁同步电机转子的位置θ为：

θ＝∫ωdt(18)

利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明的技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述效果的，均是落入本发明的保护范围。