[实用新型]一种基于编码器自动调零的永磁同步电机控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于编码器自动调零的永磁同步电机控制方法及系统。

背景技术

随着科学技术的迅速发展，伺服控制系统在许多高科技领域得到非常广泛的应用，如机器人控制、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化、柔性制造系统、航空航天、雷达与各种军用武器跟随系统等。目前市场上伺服系统多使用永磁同步电机，而要实现高性能永磁同步伺服系统的高精度控制需要时刻获取转子位置信号。现有的永磁同步伺服电机转子位置检测的主要方法可分为机械位置传感器和无传感器检测两大类。其中机械传感器主要有旋转变压器法、光电编码器法（绝对式和增量式）。无传感器法主要有高次谐波注入法，基于反电势检测法等。不过这些方法各有其不足之处：

旋转变压器法输出与转子位置有关的电压信号，为得到转子位置需要进行解调，用到的专用解码器价格昂贵；绝对式光电编码器检测法能够输出多位二进制，多位二进制与转子位置一一对应，但是光电编码器码盘道数有限，定位精度收到很大影响。同时信号的并行传输，引线较多，增加系统复杂程度，降低系统可靠性。

增量式光电编码器检测法为当前市场采用率最高的方法，其具有定位精度高、算法应用成熟，成本低廉等特点。但该方法输出的不是转子绝对位置信号，因此在使用前需要人工调零。目前人工调零所采用的方法是向永磁同步电机施加特定电压矢量，将其定在固定位置后，通过观察编码器输出U相信号和Z脉冲信号进行多次调整。不仅步骤繁杂，需要额外工具，同时对操作人员也有一定技术要求。另外在不知道电机转子初始位置的情况下施加特定电压矢量，会发生转子反转的情况。这在一部分永磁同步电机中是不允许发生的。

反电势检测法虽不需增加额外设备，但其鲁棒性差，对电流检测设备精确性要求高，更致命的是在低速及零速运行下，无法准确获得电机转子位置。

严帅等在标题为永磁交流伺服系统及其先进控制策略研究（哈尔滨工业大学博士学位论文，pp.11-12，2009年4月）的文献指出了高频信号注入法的应用，解决了低速下转子位置检测的问题，但在检测信号时不仅对硬件设备要求高，同时在信号处理上多处用到带通滤波器及同步轴系高通滤波器，会引入一定的时滞及相位滞后，不能很好满足高精度SVPWM（空间矢量脉宽调制）的控制要求，同时注入的高频信号在运行中会引入较大噪声。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种基于编码器自动调零的永磁同步电机控制方法及系统，无需进行编码器手动调零，即能精确检测转子位置。

一种基于编码器自动调零的永磁同步电机控制方法，包括如下步骤：

（1）采集电机的三相定子电流，利用增量式编码器获取电机的转子位置增量脉冲信号和转子Z脉冲信号，并对三相定子电流进行Clarke变换得到三相定子电流在α-β静止坐标系下的分量；

（2）根据三相定子电流在α-β静止坐标系下的分量以及所述的转子位置增量脉冲信号和转子Z脉冲信号进行编码器零位检测，得到编码器零位补偿量；

（3）根据转子位置增量脉冲信号、转子Z脉冲信号以及编码器零位补偿量，计算出电机的转子位置角和转速；

（4）对于首个控制周期，自主生成电压指令在α-β静止坐标系下的α轴分量U_α1和β轴分量U_β1，进而通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对电机逆变器进行控制；

对于第二个控制周期，根据三相定子电流在α-β静止坐标系下的分量，提取出电机的转子位置初测角；根据转子位置初测角生成电压指令在α-β静止坐标系下的α轴分量U_α2和β轴分量U_β2，进而通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对电机逆变器进行控制；

对于之后其他控制周期，根据电机的转子位置角和转速通过电机控制策略，生成电压指令在α-β静止坐标系下的α轴分量U_α和β轴分量U_β，进而通过SVPWM技术构造得到一组PWM信号以对电机逆变器进行控制。

所述的步骤（2）中，通过以下方法进行编码器零位检测：

A1.根据三相定子电流在α-β静止坐标系下的分量，提取出电机的转子位置初测角；

A2.根据三相定子电流在α-β静止坐标系下的分量以及所述的转子位置初测角进行磁极位置辨识，生成转子初始位置角；

A3.根据转子初始位置角通过转子定位法，确定转子定位电压矢量及其在三相静止坐标系下的电角度；