永磁同步电机转子初始位置检测方法.pdf

Vol.35No.22015.2
船电故本应用研究
永磁同步电机转子初始位置检测方法
何鑫,李明勇,高跃
(武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064)
摘要:使用增量式编码器关键在于确定转子的初始位置。本文基于永磁同步电机数学模型,提出了一种
转子初始位置定位方法。该方法采用二分法选择电流矢量试探角度,根据转子转动方向不断缩小初始位置
范围。实验结果表明,该方法能迅速准确完成转子初始位置定位。
关键词:永磁同步电机转子初始位置增量式编码器
中图分类号:TM351
文献标识码:A
文章编号:1003,-4862(2015)02-0077-04
A Method of Initia Rotor Position Detection for
Permanent Magnet Synchronous Motors
He Xin. Li Mi
Mingyong,
Wuhan Institute of Marine Electric Propulision, Wuhan 430064, China)
Abstract: The key point of applications of photo-electrical encoders is detecting the initial rotor position
Based on the math model of permanent magnet synchronous motor, a positioning method of initial rotor
position is proposed. The test angle of stator current vector is calculated using the bisection method and
according to the rotation direction the ranges of detection reduce gradually. Experimental results shows that
the initial position of the rotor can be calculated accurately and quickly
Keywords: permanent magne synchronous motor(PMSM), initial rotor position; incremental
photo-electrical encoder
0引言
注入法来检测初始位置,但需要额外设计滤波器
和解析位置信息算法,实现起来比较复杂?;也
永磁电机控制方案一般采用经典的转速、电有学者利用电机的磁饱和特性来检测转子的初始
流双闭环矢量控制系统,矢量控制闭环依赖于电位置,但这要依赖于电机本身的参数。
机的转子位置信息.。转子位置信息通常通过安装
本文提出了一种基于增量式光电编码器,采
在永磁电机上的增量式光电编码器来获得,使用用二分法选择试探电流矢量角度,通过检测转子
增量式编码器关键在于确定DSP控制程序中光微动方向缩小转子初始位置范围,最终确定转子
电脉冲计数器的基准值,即转子的初始位置。
的初始位置的方法,并进行了实验验证
在米用增量式光电编码器的控制系统中,为
确定转子的初始位置,常用的方法是给定一个方
永磁同步电机矢量控制原理
向固定的电流矢量,将电机转子磁极强行拉到给
水磁同步电机矢量控制原理图如图1所示,
定位置,这种方法实现简单,但定位过程中转子控制系统采用转速、电流双洲环控制,转速和坐
会产生较大扭动,在某些要求转子不动的特殊的标变换角度通过增量式光电编码器得到。
应用场合该方法并不适用?,一些学者采用高频
转速反馈值与转速给定比较,差值经转速P
调节器生成q轴电流给定值;d轴电流给定为0,
收稿日期:2014-11-07
即=0;水磁同步电机定子电流由电流传感器
作者简介:何鑫(1990-),男,硕士研究生。研究方向:
采样送入DSP,经3S-2S坐标变换得到d、q轴
电力电子与电力传动。
77
万方数据
船电故木应用研究
Vol.35No.22015.2
电流反馈值;d、q轴电流反馈与得到的给定值比
i=i,cos(e,-の)
较,差值经电流PI调节器得到输出电压d、q轴
i sin(0, -0)
电压参考值、:、再经2S3S坐标变
换得到逆变器输出电压参考波,再由SPWM模块
得到三相桥各个开关管的开关信号。
N∽
a乏3
→P?
PI
图2定子电流矢量图
此时电机转矩可写为:
编码
d
>pw4, sin(@
T
(6)
图1矢量控制原理图
电机启动时,o,=0,则运动方程可写为
2转子初始位置检测原理
Te-t2
(7)
若给定定子电流幅值大小足够,可以满足当
根据永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模
02-6~<π时,T-T>0,电机逆时针转动;当-m型,永磁同步电机在d-q坐标系下的电压方程为:-<0时,T。72<0,电机顺时针转动;当0-O=0
=プa+LPi-の
或02-=x,电机不转;由此不断试探,通过电机
=ッ+ムル。+のら+のV
转子的转动方向判断转子初始位置。
式中:い、为d、q轴方向电压;为d、3转子初始位置程序检测设计
q轴方向电流;L小Lq为d、q轴电感;为定子
内阻:p为微分算子:-为转子永磁体磁链;の
根据转子初始位置检测原理,结合二分法查
为转子角速度。
询,可以根据如下程序流程图设计位置检测程序。
转矩方程为:
假设电机转子初始角度为,程序开始,初始化
T
(2
起始范围0~2x,初始试探角度2=x,定子电
流给定=、心=0。
运动方程为:
每个循环周期判断编码器脉冲计数器增减
pの=7。-72-B0
(3)方向,即转子微动方向,一旦转子转动(日m≠0),
则立即封锁PWM脉冲。若转子正转,0。n>0,测
其中:T为电磁转矩:7L为负载转矩;の-为转子试角大于转子初始位置角,<0o,-0角速度;B为电机极对数;J为电机转动惯量
测试角度范围上限;若转子反转,n~0,测试角
B为阻尼系数。
小于转子初始位置角,-m<,e-0<0,更新测试
对于表面式永磁同步电机,Ld=Lq,于是转矩角度范围下限;然后测试角更新,取新范围的中
方程为:
间值,Os=(01+2)/2,如此往复,不断缩小测试
の=っ
(4)角范围,最终B_-≈0,转子几乎不转动
根据第1节介绍的永磁同步电机矢量控制anO,得到的测试角度即为转子初始位置角。
原理,当d、q轴电流参考值确定、坐标变换角
由于程序主循环周期太短,为毫秒级,再考
度确定,变频器就能在d-q坐标系下输出一个幅
虑整个控制系统的响应时间,电流矢量给定后,
值、方向确定的电流矢量,如图2所示。假设电
需要再经过若干个循环,即1时间,编码器脉冲
机转子初始角度为D,当给定子电流施加幅值为计数器才会变化?因此当Om-0时还要判断是否
i,方