[发明专利]永磁同步电机转子初始位置角的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机转子初始位置角的确定方法，属于电机控制领域。

背景技术

交流伺服系统中需要精确的位置、速度反馈信息。其位置检测单元作为反馈装置，是系统精度的保证。一方面，它为系统矢量控制提供坐标变换所必需的位置信息；在位置伺服系统中为位置环提供位置反馈。另一方面，由于机械安装和成本问题，伺服系统一般不再配有速度传感器，而是从位置信息中估计出转速值。因此，转子位置信息在伺服系统中起着相当重要的作用。

在永磁同步电动机中，位置传感器一般采用高分辨率的旋转变压器、光电编码器、磁编码器等元件。旋转变压器输出两相正交波形，能输出转子的绝对位置，但其解码电路复杂，价格昂贵。磁编码器依靠磁极变化检测位置，目前正处于研究阶段，其分辨率较低。光电编码器分为绝对式和增量式，较其它检测元件有直接输出数字量信号，惯量低，低噪声，高精度，高分辨率，制作简便，成本低等优点。格雷码绝对式编码器一般都做成循环二进制代码，码道道数与二进制位数相同。格雷码绝对式编码器可直接输出转子的绝对位置，不需要测定初始位置。但其工艺复杂、成本高。通用交流伺服系统上采用的绝对式编码器精度一般在12位至20位之间。增量式编码器结构简单，制作容易，一般在码盘上刻A、B、Z三道均匀分布的刻线，可输出正交的A、B增量脉冲，代表转子的位置增量；Z脉冲则是转子每旋转一周出一个，一般将Z脉冲输出位置调整对应到转子N极磁极上。实施矢量控制需要转子的绝对位置信息，增量式编码器需要配合Z脉冲才能获得绝对位置信息，初始上电时转子位置是随机的，需要确定转子初始位置。配备增量式编码器的伺服系统获得转子初始位置现有技术主要有：

(1)在电机转子上安装增量式编码器，编码器输出A、B、Z、U、V、W等6路脉冲信号，其中A、B脉冲信号相互正交，A、B脉冲的相位和频率可以代表转子的转向和转速。转子每旋转一周编码器输出一个Z脉冲信号，Z脉冲对应转子上确定的电角度位置。U、V、W脉冲在相位上相差120度电角度，通过在上电初期判断U、V、W信号的状态，可以得到转子的初始位置。

中国专利：采用增量式编码器的永磁电机磁极初始位置的确定方法(公开号为CN101409523)提出了进一步完善的解决办法，系统上电之后，根据增量式编码器反馈的U/V/W信号状态，判断转子所处的位置角，根据这个估计角度通过驱动器控制电机转动。但是这种方法对初始位置角的估计理论上存在±30°电角度的误差，且需要增加霍尔元件才能输出U、V、W三路信号，系统成本高。

(2)对于转子上安装的增量编码器，在没有U、V、W脉冲输出的情况下，在系统首次通电时，电机转子的绝对位置是不确定的。只能让电机先旋转起来，系统输出定子电流使得电机开环转动，当转动到控制器接受到编码器送来的Z脉冲时，控制器才能根据Z脉冲对应的转子电角度值来确认转子的初始位置。

这种方法需要在电机首次上电时，电机先开环旋转，且旋转的角度范围不确定，转子可能需要转过360度的机械角度才能寻找到零点，接受到编码器的Z脉冲，开始正常的控制。在此之前增量式编码器不能给出转子的位置信号，这就造成了电机难以起动的问题。通常情况下不允许电机转子先开环转动，这样对于转子初始位置的确定变得困难。

(3)中国专利：交流伺服系统中电机转子初始位置的检测方法及装置(公开号CN1148168A)提出了一种检测转子初始位置的方法，通过直接控制定子三相电流的幅值和相位，以产生不同方向的定子磁场，控制转子的转动，使定子电流产生的磁场方向逐步逼近转子磁场方向。但是该方法中循环逼近角度的确定需要判断前后两次(本次和前次)的转动信息，逻辑判断较复杂，由于只是通过检测编码器转动一线这种极端情况，极易受到干扰，在系统存在震动或者有外界干扰情况下很可能出现检测失误，延长检测周期甚至造成转子初始位置的检测失败。

发明内容

本发明的目的是解决交流伺服系统中电机转子初始位置的检测方法及装置专利提供的转子检测方法存在逻辑判断较复杂、检测易失败的问题，提供了一种永磁同步电机转子初始位置角的确定方法。

本发明的方法包括以下步骤：

步骤一、初始化以下变量值：

永磁同步电机定子的q轴电流i_q＝0，永磁同步电机定子的d轴电流i_d＝0，令k＝0，转子给定位置角θ_e(k)＝θ_e(0)＝0，