[发明专利]一种用于变电站巡视机器人的无位置传感控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于变电站巡视机器人的无位置传感控制方法，采用基于SVPWM控制技术的反电势法，可以准确、有效的获取机器人驱动电机的位置信息。

背景技术

目前，在各种结构的机器人系统中，由于采用永磁同步电机(PMSM)的方案效率较高，因此这种方案具有着重要的地位。特别是在电力机器人和小型机器人中，PMSM由于这些优点而得到了更多的应用。但是，一般情况下，机器人的驱动电机采用机械式位置传感器来检测电机的转速和动子位置，如光电编码器和旋转变压器。然而，机械式传感器的存在带来了很多弊端：1)电机与控制器之间的连接元件增多，坑干扰能力变差，降低了系统可靠性；2)加大了电机空间尺寸和体积，减少了功率密度，增加了系统的硬件成本和维护成本；3)在高温与强腐蚀环境中，将使传感器性能变差、甚至失效，导致电机驱动系统无法正常工作。

而能否对转子初始位置进行准确估计是永磁同步发电机高性能控制策略(矢量控制或直接转矩)和无位置传感器运行实现的前提条件，也是关系到机器人是否顺利起动，以及能否实现最大转矩起动的关键问题；因此，转子初始位置检测一直是工程技术界研究的热点和难点问题之一，尤其在电力机器人中，因为机器人所进行的操作为基本为高压操作，检测的线路非常危险，如果转子初始位置检测不准确，会造成电力机器人的反响转动，结果有可能因为误操作破坏整个电力线路和机器人，严重的甚至会造成高压短路。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于变电站巡视机器人的无位置传感控制方法，采用基于SVPWM控制技术的反电势法，可以准确、有效的获取机器人驱动电机的位置信息，无需机器式传感器，同时克服了传统反电动势法无法在电机静止时无法获取转子位置的信息；通过向机器人的驱动电机施加两次电压脉冲，并结合磁极判断的方法，最终得出机器人在启动之前的驱动电机转子位置角，可以提高电力机器人的稳定性、精确度和动态响应能力。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于变电站巡视机器人的无位置传感控制方法，采用基于SVPWM控制技术的反电势法获取机器人驱动电机的位置信息，可以准确、有效的获取机器人驱动电机的位置信息，具体包括如下步骤：

(1)在机器人启动前，向电机施加两次电压脉冲，两次电压脉冲的作用时间分别为T₁和T₂，在此阶段要求机器人不能因电压脉冲的注入而产生晃动，因此要求T₁，T₂都小于电机时间常数；利用电流传感器检测T₁和T₂时刻电机在X-Y轴坐标系下所对应的电流变化率△i_x1/T₁、△i_y1/T₁、△i_x1/T₂和△i_y1/T₂，随后根据这四个变化率和已知的电压矢量，通过计算得到与转子位置构成函数关系的电感值，最后根据电感值，初步推导出初始位置角；

(2)初步推导出的初始位置角没有判断转子磁极的极性，因此在此基础上，向电机施加等宽电压脉冲，结合电机铁心的饱和效应，利用磁场饱和引起的响应电流幅值的变化来估计出转子的磁极极性，同时结合初步推导出的初始位置角，判断出转子初始位置角，最终得到机器人启动前的转子位置角；

(3)机器人运行后，采用基于SVPWM(空间矢量脉宽调制技术)的反电动势法对转子位置信息进行实时检测，每一次PWM周期中都有三种V_m、V_n和V_l不同的电压矢量，其中每一种电压矢量对应一种相电流变化值，V_m、V_n和V_l分别对应着相电流变化值△i_m、△i_n和△i_l，通过测量不同电压矢量下对应的相电流变化值率，获取反电动势，最后求出机器人驱动电机的位置角。