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永磁同步电机初始位置检测及启动方法
永磁同步电机是一种高效、高性能的电机，广泛应用于工业生产和家用电器中。
在永磁同步电机的启动过程中，初始位置检测是非常重要的一步，它能够确保电机的正常启动和运行。
本文将介绍永磁同步电机初始位置检测及启动方法。
永磁同步电机的初始位置检测方法有多种，其中比较常用的是霍尔传感器检测法和反电动势检测法。
霍尔传感器检测法是通过在电机转子上安装多个霍尔传感器，检测转子位置，从而确定电机的初始位置。
反电动势检测法是利用电机在启动过程中产生的反电动势信号，通过对信号进行处理，确定电机的初始位置。
在确定了电机的初始位置后，接下来就是启动电机。
永磁同步电机的启动方法有直接启动法和间接启动法。
直接启动法是将电机直接连接到电源上，通过控制电源电压和频率，使电机转子旋转。
间接启动法是通过变频器控制电机的转速和转向，从而实现电机的启动。
在实际应用中，永磁同步电机的启动过程中还需要注意一些问题。
首先是电机的负载问题，如果电机负载过大，可能会导致电机启动失败或者启动时间过长。
其次是电机的控制问题，需要根据实际情况选择合适的控制方法和控制参数，以确保电机的正常启动和运行。
最后是电机的保护问题，需要安装过流、过载等保护装置，以保护电机的安全运行。
永磁同步电机的初始位置检测及启动方法是电机启动过程中非常重要的一步。
通过选择合适的检测方法和启动方法，以及注意电机的负载、控制和保护问题，可以确保电机的正常启动和运行，提高电机的效率和性能。
![一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/1bf7faeb844769eae109ed09.png)
专利名称：一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法
专利类型：发明专利
发明人：支萌辉,尹泉,华强
申请号：CN201910975935.4
申请日：20191015
公开号：CN110736927A
公开日：
20200131
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种永磁同步电机初始磁极位置辨识和断线检测方法，带UVW磁极信号的增量式编码器与永磁同步电机转子同轴安装，其输出U、V、W信号至选通模块，并输出A、B、Z三相差分信号至MAX14891E模块，MAX14891E模块将A、B、Z三相差分信号转化为三相单端信号DA、DB、DZ输出至PFGA模块，并输出三相差分信号的开路与短路故障检测结果FLT_A、FLT_B和FLT_Z至选通模块，选通模块选择性输出U、V、W信号和开路与短路故障检测结果FLT_A、FLT_B、FLT_Z至PFGA模块，FPGA模块定位永磁同步电机的转子初始位置，并解析永磁同步电机的实时转速和方向，本发明实现了永磁同步电机的初始磁极位置辨识和断线检测功能，缓解了永磁同步电机反馈电路过多消耗FPGA外部接口的问题。
申请人：博能传动(苏州)有限公司
地址：215100 江苏省苏州市相城经济开发区如元路100号
国籍：CN
代理机构：苏州智品专利代理事务所(普通合伙)
代理人：吕明霞
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基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测研究一、本文概述随着现代工业自动化和精密控制技术的不断发展，永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的控制性能，在众多领域得到了广泛的应用。
电机的转子初始位置检测一直是电机控制系统中的一个关键技术难题。
准确的转子位置信息对于电机的启动、运行和控制至关重要，尤其是在无位置传感器的应用场景中，初始位置的准确检测成为实现高效电机控制的前提。
本文旨在研究一种基于旋转高频注入法的永磁同步电机转子初始位置检测技术。
旋转高频注入法作为一种有效的转子位置检测方法，通过在电机定子绕组中注入高频电流，利用转子磁场与注入电流之间的相互作用，实现对转子位置的检测。
该方法具有结构简单、成本低、可靠性高的特点，适用于无传感器的电机控制系统。
本文首先介绍永磁同步电机的基本原理和转子位置检测的重要性，然后详细阐述了旋转高频注入法的工作原理和实现过程。
在此基础上，通过仿真和实验验证了该方法的有效性和准确性。
对本文的研究成果进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。
通过本研究，我们期望为无传感器永磁同步电机控制系统的设计和应用提供一种新的转子初始位置检测方案，以促进电机控制技术的发展和应用。
二、永磁同步电机的基本原理与特性永磁同步电机（PMSM）作为一种高效、高性能的电动机类型，在众多工业和商业应用中得到了广泛的使用。
其独特的设计使得电机在没有额外的励磁电源的情况下，能够维持一个恒定的磁场。
这种电机的基本原理是基于电磁感应定律和永磁体提供的恒定磁场与转子磁场的相互作用。
永磁同步电机的主要特性包括高效率、高功率密度、低噪音和长寿命。
这些特性使得PMSM在需要精确控制和高性能的应用中，如电动汽车、精密机械和可再生能源系统中，成为首选的电机类型。
在转子初始位置检测方面，旋转高频注入法是一种有效的技术。
该方法通过在电机的定子绕组中注入高频电流，产生一个额外的旋转磁场。
这个旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，导致转子产生一个相对于其当前位置的位移。
永磁同步电机初始位置辨识脉冲电压法
《永磁同步电机初始位置辨识脉冲电压法》
永磁同步电机作为一种高效、节能的电机，在现代工业中得到了广泛的应用。
而在使用永磁同步电机时，初始位置辨识是一个非常重要的问题。
初始位置辨识的准确性直接影响到电机的性能和控制效果。
在永磁同步电机的初始位置辨识中，脉冲电压法是一种常用的方法。
该方法利用定子和转子之间的空气隙，在转子没有运动时，对定子施加一次性的脉冲电压，然后通过检测旋转过程中的电压、电流、位置信息，来确定转子的初始位置。
脉冲电压法的优点是简单易行、成本低廉。
它不需要额外的传感器或装置，只需要在电路控制系统中稍作调整即可实现初始位置辨识。
另外，该方法还可以在低速或停滞状态下进行初始位置辨识，适用范围广泛。
但是，脉冲电压法也存在一些局限性。
由于定子和转子之间的空气隙不是完全均匀的，因此在某些情况下可能会导致初始位置辨识的误差。
此外，该方法需要较高的电压和电流，可能会对电机和控制系统造成一定的影响。
为了提高脉冲电压法的准确性和稳定性，可以结合其他方法，比如加入自适应滤波、数字信号处理等技术，来对检测到的信号进行处理和优化，从而提高初始位置辨识的精度和稳定性。
总的来说，《永磁同步电机初始位置辨识脉冲电压法》是一种简单且有效的方法，适用于大多数永磁同步电机的初始位置辨识。
在实际应用中，需要根据具体情况加以调整和改进，以确保初始位置辨识的准确性和稳定性。
说明书摘要本发明公开一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，步骤是：首先利用脉振高频电压注入法得到初次估计的转子位置，然后在初次估计的交轴上注入一个正方向扰动信号，再估计转子位置，根据估计得到的转速方向判断磁极极性，得到电机转子初始位置。
此种方法可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。
摘要附图1、一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于包括如下步骤：（1）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，给定ˆq 轴电压ˆ0q u =； （2）检测电机的两相电流，并经过Clarke 和Park 坐标系变换，得到ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆq轴电流ˆq i ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速：首先，将检测得到的ˆq轴电流ˆq i 乘以调制信号cos()t h u t ω=；然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到ˆq轴电流ˆq i 的幅值信号()f θ∆；最后，对该幅值信号()f θ∆进行PI 调节，得到估计转速ˆω，对估计转速ˆω积分得到估计的转子位置； （3）重复步骤（2），直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置ˆfirstθ； （4）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，在ˆq 轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤（2），直至电机转过一定角度γ，0γ>；（5）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置ˆˆ=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置ˆˆ=initial firstθθπ+。
2、如权利要求1所述的一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其特征在于：所述步骤（1）中，采用转子的估计位置ˆθ进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β。
一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法技术领域本发明属于永磁电机控制领域，特别涉及一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法。
背景技术永磁同步电机无论是采用直接转矩控制还是矢量控制，都需要精确地获取转子的位置。
传统的检测电机转子位置和转速的方法中，多采用机械传感器，如光电编码器或者旋转变压器等，使得永磁同步电动机系统不能在一些环境恶劣的特殊场合里可靠地工作，如航天、水下及空调压缩机等领域。
因此，无位置传感器控制技术应运而生。
目前，无位置传感器控制技术根据基本原理可以分为两大类：一类基于电机反电势的基波模型，适用于中高速领域；另一类多为基于电机谐波模型，利用电机结构的物理特性或电感的饱和特性，适用于低速（零速）领域。
众所周知，后者的实现难度较前者要高，是无位置传感器技术的关键。
永磁同步电机分为凸极式和隐极式两种形式，转子磁钢表贴式永磁同步电机属于隐极式，其特点为：通常情况下，交轴和直轴电感近似相等，即q d L L =。
但有研究表明，在直轴上施加一定的励磁电流，随着电机磁路的饱和，会导致直轴电感变小，此时电机对外呈现出q d L L >，称为电感饱和凸极。
据此，韩国学者I. H. Jung 等提出了脉动高频电压信号注入法无位置传感器控制技术，在估计的同步旋转坐标系直轴上注入高频正弦电压信号，利用电机的凸极（表贴式为饱和凸极），使得估计的同步旋转坐标系交轴上产生了一个和估算位置误差相关的高频响应电流信号，设计位置估算系统，从该高频响应电流信号中获取转子位置。
在应用脉动高频电压信号注入法作转子初始位置检测时，估计位置既可能收敛于电机转子磁极的N 极，也有可能收敛于电机磁极的S 极，因此需要对估算转子初始位置的磁极极性进行判断。
发明内容本发明的目的，在于提供一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，其可解决脉振高频电压信号注入法检测转子初始位置时磁极极性的收敛问题，无需在直轴上注入正负方向的脉冲电流，可以有效地实现转子初始位置估算。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，包括如下步骤：（1）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，给定ˆq 轴电压ˆ0q u =； （2）检测电机的两相电流，并经过Clarke 和Park 坐标系变换，得到ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆq轴电流ˆq i ，并依照以下步骤估计转子的位置和转速：首先，将检测得到的ˆq轴电流ˆq i 乘以调制信号cos()t h u t ω=；然后，对相乘后所得的信号低通滤波，得到ˆq轴电流ˆq i 的幅值信号()f θ∆；最后，对该幅值信号进行PI 调节，得到估计转速ˆω，对估计转速ˆω积分得到估计的转子位置； （3）重复步骤（2），直至估计的转子位置收敛为一恒定值，即为初次估计的转子位置ˆfirstθ； （4）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，在ˆq 轴注入一个正方向扰动信号，重复步骤（2），直至电机转过一定角度γ，0γ>；（5）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置ˆˆ=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置ˆˆ=initial firstθθπ+。
上述步骤（1）中，采用转子的估计位置ˆθ进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β。
采用上述方案后，本发明具有以下改进：（1）本发明在利用脉振高频电压注入法作初始位置初次估算的基础上，利用注入的转矩扰动分量，使电机产生一个机械的扰动，根据此时估算的电机转速来判断转子磁极的极性，实现永磁同步电机任意初始位置的位置估计；（2）本发明无需准确地电机参数和额外的硬件电路，系统简单稳定，相比较在直轴上注入正负脉冲电压判断磁极极性的方法，本发明对电机转子增磁去磁影响小；且仅就磁极极性判断而言，本发明不依赖于电机的凸极（包括饱和凸极）性，完全可以移植于其它的磁极极性判断方法上，具有良好的实用价值。
附图说明图1是本发明的原理框图；图2是两相静止坐标系、实际两相旋转坐标系与估算两相旋转坐标系的相对关系示意图；图3是本发明中位置速度估计调节系统的示意图。
具体实施方式以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种永磁同步电机转子初始位置的判断方法，包括如下步骤：（1）建立坐标系关系图，如图2所示，d q -为实际同步旋转坐标系，ˆˆdq -为估计同步旋转坐标系，αβ-为实际两相静止坐标系，并且定义估计位置误差ˆθθθ∆=-，其中，θ为实际位置，ˆθ为估计位置，且ˆθ的初始值为0； （2）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h u U t ω=，作为ˆd 轴电压给定，其中，mh U 表示注入信号的电压幅值，hω表示注入信号的角频率，ˆq轴电压ˆ0q u =，采用转子的估计位置ˆθ进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β；对实际两相静止坐标系下的电压给定值进行SVPWM 调制，得到六个驱动信号，控制三相全桥逆变器，向永磁同步电机定子绕组中注入电压信号；（3）通过检测电机的两相电流A i 和B i ，经过Clarke 得到实际两相静止坐标系下的电流i α和i β，再利用估计位置ˆθ进行Park 坐标系变换，得到估计同步旋转坐标系下的ˆd、ˆq 轴电流，其中ˆq 轴电流ˆq i 用于估计转子的位置与转速。
位置和转速估计系统如图3所示：首先，将检测得到的ˆq轴电流ˆq i 乘以调制信号cos()t h u t ω=，并经过低通滤波器（LPF ），得到ˆq 轴电流ˆq i 的幅值信号()f θ∆，即转子位置估计PI 调节器所需要的输入量，使输入量与估算转子误差有关；对该幅值信号进行比例-积分（PI ）调节控制，使得()0f θ∆=，将此时PI 调节器的输出作为估计转速ˆω，估计转速ˆω积分得到估计的转子位置； （4）重复步骤（2）和步骤（3），直至电机估算的位置收敛为一恒定值保持不变，将此时的位置作为初次估计的转子位置ˆfirstθ； （5）在ˆˆdq -估计同步旋转坐标系的ˆd 轴上注入高频电压信号ˆcos()d mh h uU t ω=，作为ˆd 轴电压给定；ˆq 轴注入一个正方向扰动信号，作为ˆq 轴给定，采用估计的转子位置ˆfirstθ，进行Park 逆变换，获得实际两相静止坐标系下电压的给定值ˆuα和ˆu β；对实际两相静止坐标系下电压的给定值进行SVPWM 调制，得到六个驱动信号，控制三相全桥逆变器，向永磁同步电机定子绕组中注入电压信号；（6）通过检测电机的两相电流A i 和B i ，经过Clarke 得到实际两相静止坐标系下的电流i α和i β，再利用估计位置ˆθ进行Park 坐标系变换，得到估计同步旋转坐标系下的ˆd、ˆq 轴电流，其中ˆq 轴电流ˆq i 用于估计转子的位置与转速； （7）重复执行步骤（5）和步骤（6），直至电机转过微小的角度γ，0γ>；此处并不刻意限定电机转过角度的数值范围，只要能判断出电机转动即可；（8）根据步骤（3）估计得到的转速方向判断磁极极性，当转速为正时，收敛的磁极极性为N 极，转子初始位置ˆˆ=initial first θθ；当转速为负时，收敛的磁极极性为S 极，转子初始位置ˆˆ=initial firstθθπ+。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
说明书附图图1图2图3。
