[发明专利]一种永磁同步电机自抗扰启动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机自抗扰启动方法，属于电机驱动技术领域。

背景技术

永磁同步电机是用稀土永磁体代替励磁绕组所构成的一种新型同步电机。它结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率因数高，转子无发热问题，有大的过载能力，小的转动惯量和小的转矩脉动等优点。永磁同步电机的运动控制需要精确的转子位置和速度信号去实现磁场定向。在传统的运动控制系统中，通常采用旋转变压器或光电编码器来检测转子的位置和速度。然而，这些额外的传感器、连接器、电缆等增加了系统的成本，并且降低了系统的可靠性。因此，消除这些装置可以提高系统的可靠性并降低成本。

无位置传感器的永磁同步电机控制系统需要通过算法估计转子的位置，尤其是转子的初始位置是一个很重要的量，如果初始位置估算的不准确，则可能在电机起动时发生反转或者导致电机起动失败，并影响系统起动后的运行性能。已有的永磁同步电机控制系统框图如图1所示。

发明内容

本发明的目的是提出一种永磁同步电机自抗扰启动方法，针对PMSM的启动设计一个自抗扰启动的软件模块，以直接用于开环启动或高频注入等启动模式，实现电机软启动功能，有效控制电机运行。

本发明提出的永磁同步电机自抗扰启动方法，包括以下步骤：

（1）在磁场定向坐标上，将电机的电流矢量分解成为产生磁通的励磁电流分量i_d和产生转矩的转矩电流分量i_q，并使励磁电流分量i_d和转矩电流分量i_q互相垂直；

（2）设永磁同步电机为三相定子绕组方式，其中A，B，C为角度互差120°的三相定子绕组，设U_a，U_b，U_c为三相定子绕组的相电压，则有：

三相定子电压的合成矢量为U_s，合成矢量U_s的轨迹为一个圆，即：

U_s=U_a+a*U_b+a²*U_c=U_msinωt-jU_mcosωt=U_me^-jωt

其中，U_m为三相定子绕组的相电压幅值，ω为电机转子角频率；

（3）实时检测永磁同步电机的转子角速度ω_r和角位置θ，并实时检测永磁同步电机的任意两相定子的相电流i_a和i_b，并对相电流进行矢量变换，得到矢量变换后的i_d和i_q，对i_d和i_q分别通过比例积分调节器，得到永磁同步电机三相定子的交直流轴电压值u_d和u_q，该电压值u_d和u_q经过坐标变换后，得到永磁同步电机三相定子的电压值u_α和u_β，利用空间矢量占空比控制方法对电压值u_α和u_β进行处理后，得到用于驱动永磁同步电机的六路脉冲逆变器控制信号；

（4）上述六路脉冲逆变器控制信号驱动开关管，使永磁同步电机启动，检测永磁同步电机逆变器的母线电流i_bus和反电动势，对母线电流i_bus和反电动势进行判断，若母线电流i_bus及反电动势的值同时不为零，则使永磁同步电机逆变器执行等待或强制停止命令，即向永磁同步电机发出一组设定的参考电压矢量，强制转子停止或定位，参考电压矢量的取值为占空比不变的轴向矢量，若母线电流i_bus及反电动势的值同时为零，则使永磁同步电机逆变器进入预启动模式；

（5）当步骤（4）的预启动失败时，设置一个间隔启动时间T_n和重新启动次数w，使永磁同步电机每隔时间T_n重新启动一次，共启动小于等于w次，若启动失败，向永磁同步电机逆变器发送故障信息；

（6）在矢量变换后的坐标系下，三相定子电压方程的矩阵形式为：