[发明专利]永磁同步电机的电角度旋向和初始值辨识方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机电角度初始值和旋向的辨识方法及系统。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人、数控机床、航空航天、先进制造装备等领域对现代电伺服系统提出了越来越高的要求，而永磁同步电机伺服驱动技术因其体积小、能耗低、控制性能好，逐渐成为了电伺服系统的“主流”。电伺服系统精度对永磁同步电机的磁场定向要求很高，必须对永磁同步电机的磁场进行定向控制，才能使得电伺服系统具有高精度以适应实际需求。

要实现永磁同步电机的磁场定向控制，就必须知道转子的电角度旋向和初始值。

申请号为201310309619.6的专利文献中，公开了一种永磁同步电机初始角度辨识方法，该方法通过判断定子电流的角度和转子磁链角度的关系，使用二分法逐渐使定子电流的角度(简称为电角度)靠近转子磁链的角度。该方案无需编码器提供初始角度信息，即可控制永磁同步电机正常启动，且得到正确初始角时，转子所转动的幅度很小，可满足不同电机的启动需求。

但是，上述专利文献所披露的技术方案中，其默认电角度旋转方向和电机的旋转方向是一致的，而实际上由于各厂家电机UVW三相线圈定义上的差异和编码器安装和接线上的不同，常常存在电机编码器反馈角度旋向与电角度旋向反向的情况。在这种情况下，该方案中的方法将不能收敛，使得电机将一直处于微震状态，不能获得电机的初始角度。

另外，该方法在调零过程中，若电机轴受到了扰动而旋转了较大的角度，转子磁链角度搜索步长角将无法自动增大以适应转子磁链角度的变化，最终导致收敛速度较慢甚至无法收敛，从而无法准确获得电机的初始角度。

发明内容

针对上述现有技术的缺点和不足，本发明提供一种永磁同步电机电角度旋向和初始值的辨识方法及系统，其通过获得转子磁链角度的估计值并以此控制定子电流，进而使得转子磁链角度估计值与转子磁场角度的真实值逐渐重合，从而实现在电角度旋向不正确时或在执行辨识的过程中转子受到了不可预期的扰动后，自动适应并完成电角度初始角度和旋向的辨识。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种永磁同步电机电角度的初始值辨识方法，其包括：

(1)设置转子磁链角度的初始估计值为零，并获得转子磁链角度的初始估计值；

(2)输出角度为磁链角度估计值的定子电流，使得转子受该定子电流作用产生位移；

(3)根据该位移确定转子磁链角度的估计值与转子磁链角度的真实值的位置关系，并依靠该位置关系，以一定的步长角进行转子磁链角度搜索，得到一个更准确的转子磁链角度的估计值；

重复执行以上步骤(2)和(3)，直至转子保持静止一段时间且转子没有超过给定的位移范围限制，表明此时转子磁链角度的估计值与真实值重合，该磁链角度估计值与编码器反馈的转子角度之差值即为电角度的初始值。

作为本发明的改进，所述转子磁链角度的估计值通过如下公式确定：

θ_esti(n)＝θ_esti(n-1)-ro(n)θ_step(n)

其中，θ_esti(n)为转子磁链角度的估计值，θ_step(n)为转子磁链角度搜索步长角，ro(n)为转子磁链角度的旋向，代表了上周期磁链角度的估计值和磁链角度的真实值的相对位置关系，n为搜索磁链角度的次数序号。

作为本发明的改进，所述转子磁链角度搜索步长角θ_step(n)具体为：

其中，旋向ro(n)值为1代表旋转的方向为正向，值为-1代表旋转的方向为反向，为0代表未执行辨识操作。

作为本发明的改进，若转子磁链角度搜索步长角θ_step(n)＞20°，则令θ_step(n)＝20°，若θ_step(n)＜0.1°，则令θ_step(n)＝0.1°。

作为本发明的改进，所述电机转子的静止指在转子编码器单次移动的角度小于单次最大允许移动角度，而且定子电流为额定电流值且电机持续静止一定时间。