專利名稱：基于位移傳感器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種基于位移傳感器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方法，屬于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)(PMSM-Permanent Magnet Synchronous Motor)綜合 了直流電動機(jī) 與交流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)既可以獲得與直流電動機(jī)相近的控制特性，又具有高轉(zhuǎn)矩/慣量比、 高功率密度、高效率、牢固性和可維護(hù)性好等特點(diǎn)。永磁同步電機(jī)也因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)而被廣 泛應(yīng)用于一些高性能的調(diào)速、伺服系統(tǒng)中。近年來，隨著永磁材料性能的提高、電力電子技 術(shù)的發(fā)展和高性能微處理器的出現(xiàn)，永磁同步電機(jī)在醫(yī)療，化工，輕紡，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器 人，計算機(jī)外設(shè)，儀器儀表，微型汽車和電動自行車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前永磁同步電機(jī)常用的變頻調(diào)速方式有恒壓頻比控制(V/F-Voltage/ Frequency)、直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC-Direct TorqueControl)以及基于磁場定向的矢量控制 (VC-Vector Control)。恒壓頻比控制是最常用一種變頻調(diào)速控制方法。該方法由于實(shí)現(xiàn)簡單、穩(wěn)定可靠、 調(diào)速方便、對動態(tài)性能要求不太高，是風(fēng)機(jī)和水泵首選的控制策略。但是，此種控制策略的 低速帶載能力還差強(qiáng)人意，須對定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。此外，由于只控制了電機(jī)的氣隙磁通， 而不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，性能不高。直接轉(zhuǎn)矩控制強(qiáng)調(diào)對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，省掉了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的變 換和計算，大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。但是它在理論 和實(shí)踐上還不夠成熟，如低速性能、帶負(fù)載能力等。而且由于它對實(shí)時性要求高、計算量大， 若沒有新一代高速的微處理器，要實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制是不可想象的。矢量控制，也稱磁場定向控制。由德國的F. Blaschke等人首先提出，該方法使用 轉(zhuǎn)子的位置信息對電機(jī)的定子電流空間矢量的相位進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)定子電流空間矢量與 轉(zhuǎn)子磁通方向在空間上正交，使得所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩最大，是當(dāng)前永磁同步電機(jī)最為普遍 的控制方法。在矢量控制方法中，傳統(tǒng)的獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法是采用電子式或機(jī)電式位置 傳感器直接測量，用以提供正確的電流控制波形。為了提供精確的電流控制信號，減小轉(zhuǎn)矩 脈動，一般采用高分辨率的位置傳感器，例如絕對型光電編碼器、增量型光電編碼器或者 旋轉(zhuǎn)變壓器。但是帶有這種位置傳感器的永磁同步電動機(jī)成本相對較高并且傳感器的性能 易受到高溫、潮濕等惡劣環(huán)境的影響，由此也影響了永磁同步電動機(jī)的推廣使用。此外，這 種傳感器一般要裝到轉(zhuǎn)子上，由于離心力和分辨率的限制，一般不太適合在高速下應(yīng)用。為 了解決在高速下的應(yīng)用并降低成本，國內(nèi)外還普遍采用辨識方法來確定轉(zhuǎn)子的角度位置， 不需要傳感器，但是辨識的精度不如由傳感器的高，也影響了永磁同步電動機(jī)性能的提高。 因此轉(zhuǎn)子位置檢測技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展成為了永磁同步電動機(jī)控制技術(shù)的一個重要研究方 向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用位移型傳感器以及較為簡單的安裝方式精確地檢測出永 磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁極位置，為永磁同步電機(jī)的閉環(huán)控制提供較準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子磁極角度位置信息.本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的采用下面的技術(shù)方案一種基于位移傳感器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方法，通過對轉(zhuǎn)子開槽， 并使用位移傳感器檢測槽位置來確定轉(zhuǎn)子的位置。包括以下步驟在靜止時，通過給定固定 角度的電流矢量來標(biāo)定轉(zhuǎn)子的初始位置，之后用開環(huán)的控制方法將轉(zhuǎn)子帶到同步狀態(tài)；穩(wěn) 定后，用角度疊加的方法以及先前標(biāo)定的初始位置來實(shí)時估計轉(zhuǎn)子的位置，以供閉環(huán)控制 算法使用。本發(fā)明的有益效果是相對于高精度的角度傳感器如光電編碼器，旋轉(zhuǎn)變壓器來說節(jié)約了成本。由于采 用的是非接觸式的傳感器，不會對系統(tǒng)的可靠性造成影響。對于穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下負(fù)載恒定風(fēng)機(jī)、 泵類轉(zhuǎn)動機(jī)械，該方法的測量精度高于無傳感器磁極位置檢測技術(shù)。


圖1為位移傳感器的測量原理示意圖。圖1中標(biāo)號名稱1為轉(zhuǎn)子，2為位移傳感器，3為轉(zhuǎn)子凹槽。圖2為位移傳感器輸出信號示意圖。圖2中標(biāo)號名稱4為轉(zhuǎn)子凹槽經(jīng)過傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號圖3為轉(zhuǎn)子初始位置示意圖。圖3中標(biāo)號名稱1為轉(zhuǎn)子，2為位移傳感器，3為轉(zhuǎn)子凹槽。圖4為轉(zhuǎn)子磁極初始位置檢測原理示意圖。圖4中標(biāo)號名稱1為轉(zhuǎn)子，2為位移傳感器，3為轉(zhuǎn)子凹槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步說明。實(shí)現(xiàn)該種測量方式主要分為兩個步驟首先，測量出轉(zhuǎn)子磁極的初始位置。位移傳感器的安裝如圖1所示，在電機(jī)的轉(zhuǎn)子 1上安裝一個位移傳感器2，它的功能是檢測其與轉(zhuǎn)子1表面之間的距離，若距離發(fā)生變化 則位移傳感器2的輸出信號也相應(yīng)的發(fā)生變化。在轉(zhuǎn)子1表面開槽，即在轉(zhuǎn)子1上加工一 個寬度和深度能被位移傳感器2識別的轉(zhuǎn)子凹槽3。每當(dāng)轉(zhuǎn)子1的轉(zhuǎn)子凹槽3旋轉(zhuǎn)到位移 傳感器2所安裝的位置，相當(dāng)于在位移傳感器2的檢測點(diǎn)上出現(xiàn)了一個位移的跳變，則位移 傳感器2的輸出將產(chǎn)生一個脈沖信號4來反應(yīng)這一變化，如圖2所示。只要找到這一脈沖 信號4發(fā)生時轉(zhuǎn)子磁極所處的位置，就可以通過角度的補(bǔ)償來確定轉(zhuǎn)子磁極的角度。由于 永磁電機(jī)在進(jìn)入同步后，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與電流的頻率是嚴(yán)格同步的。因此，在每當(dāng)脈沖出現(xiàn)后 就可以通過下式求出轉(zhuǎn)子在一周內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度。θ = 2 Ji f · t(1)
式中θ —經(jīng)過時間t后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度f——電流的頻率t——脈沖信號發(fā)生后經(jīng)過的時間實(shí)際中轉(zhuǎn)子d由的角度就為θ 士 θ ^(其中加減號視轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向而定)。以兩極的轉(zhuǎn)子為例，在初始時刻，轉(zhuǎn)子的磁極處于一個隨機(jī)的位置，如圖3所示。 通過逆變器給定一個與定子A軸方向相同且大小恒定的電流矢量，使轉(zhuǎn)子的磁極位置與定 子A軸重合。位移傳感器的輸出信號與DSP (digital signal processor)數(shù)字信號處理器 的中斷引腳相連，通過程序使電流矢量順時針轉(zhuǎn)過△ θ度，并保持一定的時間，待轉(zhuǎn)子穩(wěn) 定后繼續(xù)轉(zhuǎn)過△ θ度，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的凹槽3被位移傳感器檢測到時，位移傳感器2輸出的脈 沖信號將觸發(fā)DSP芯片的中斷。此時，電流矢量總共轉(zhuǎn)過的角度為θ ^，就是發(fā)生脈沖信號 時轉(zhuǎn)子磁極與定子A軸間的角度，如圖4所示。在此方法中△ θ的取值越小，測量的精度 就越高。確定初始位置之后，就可以通過角度疊加的方法對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角進(jìn)行實(shí)時的測量。 但需要注意的是該方法不能在轉(zhuǎn)子加減速的時候使用，需要通過V/F等開環(huán)控制方法使轉(zhuǎn) 子進(jìn)入同步后才能夠使用。具體的做法是將位移傳感器的輸出與DSP芯片的中斷引腳相 連，在程序中先將該中斷屏蔽，并調(diào)用開環(huán)的控制策略，待轉(zhuǎn)子進(jìn)入同步之后，允許中斷。一 旦位移信號觸發(fā)DSP中斷，則將角度寄存器的值改為Qtl，并按照θ 士 Qtl進(jìn)行角度的疊加， 就能實(shí)時的估計出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。
權(quán)利要求
一種基于位移傳感器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方法，其特征在于通過對轉(zhuǎn)子開槽，并使用位移傳感器檢測槽位置來確定轉(zhuǎn)子的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于位移傳感器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方 法，其特征在于包括以下步驟在靜止時，通過給定固定角度的電流矢量來標(biāo)定轉(zhuǎn)子的初始 位置，之后用開環(huán)的控制方法將轉(zhuǎn)子帶到同步狀態(tài)，穩(wěn)定后，用角度疊加的方法以及先前標(biāo) 定的初始位置來實(shí)時估計轉(zhuǎn)子的位置，以供閉環(huán)控制算法使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于位移傳感器的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方法，屬于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測方法。該方法通過對轉(zhuǎn)子開槽，并使用位移傳感器檢測槽位置來確定轉(zhuǎn)子的位置。包括以下步驟在靜止時，通過給定固定角度的電流矢量來標(biāo)定轉(zhuǎn)子的初始位置，之后用開環(huán)的控制方法將轉(zhuǎn)子帶到同步狀態(tài)；穩(wěn)定后，用角度疊加的方法以及先前標(biāo)定的初始位置來實(shí)時估計轉(zhuǎn)子的位置，以供閉環(huán)控制算法使用。采用該種檢測方法，既節(jié)約了成本，又不會對系統(tǒng)的可靠性造成影響，而且測量的精度較高。
文檔編號H02P6/16GK101814883SQ20101013495
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者徐龍祥, 紀(jì)歷, 董繼勇 申請人:南京磁谷科技有限公司;南京航空航天大學(xué)