一种永磁同步电机零位标定方法及装置
阅读说明：本技术 一种永磁同步电机零位标定方法及装置 (Method and device for calibrating zero position of permanent magnet synchronous motor ) 是由 毕亮亮 于 2020-12-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种永磁同步电机零位标定方法,包括如下步骤：S1、控制开关到达初始状态,获取此时转子的实际角度θ-1；S2、以θ-偏为转子的偏转目标值,控制开关到达偏转状态,获取此时转子的实际角度θ-2；其中θ-偏＝60°*m/n,m＝1,2,3,n为极对数；S3、根据如下公式计算转子的零位角度θ-0：其中θ-e＝|θ-1-θ-2|。由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本发明只需要改变开关状态就可以直接进行对电机零位的标定,标定过程简单直接。(The invention discloses a zero calibration method for a permanent magnet synchronous motor, which comprises the following steps: s1, controlling the switch to reach the initial state, and acquiring the actual angle theta of the rotor at the moment 1 (ii) a S2 at theta Deflection Controlling the switch to reach a deflection state for a deflection target value of the rotor, and acquiring an actual angle theta of the rotor at the moment 2 (ii) a Wherein theta is Deflection 60 degrees m/n, m 1, 2, 3, n is the pole pair number; s3, calculating the zero position angle theta of the rotor according to the following formula 0 ： Wherein theta is e ＝|θ 1 ‑θ 2 L. Due to the adoption of the technical scheme, compared with the prior art, the zero position of the motor can be directly calibrated only by changing the switch state, and the calibration process is simple and direct.)
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机零位标定方法及装置。
背景技术
永磁同步电机(PMSM)有着体积小、功率密度高、机电能量转换效率高的优点，在工业、制造业以及国防等领域有着越来越多的应用。但由于永磁同步电机转子采用永磁材料，给定子加入电枢电流时在转子上无法产生感应电磁场，所以永磁同步电机不具有自启动的能力，因此电机正常启动需要对电机转子初始位置进行检测，即需要对电机的零位进行标定。
公开号为CN108418492A的中国发明专利公开了一种永磁同步电机零位标定方法、标定装置及控制系统，其缺点在于：该同步电机零位标定方法需要通过电机的速度值和速度变化值来确定电机的零位，标定方法十分复杂。
发明内容
为解决背景技术中现有永磁同步电机零位标定方法十分复杂的问题，本发明提供了一种永磁同步电机零位标定方法，具体技术方案如下。
一种永磁同步电机零位标定方法，包括如下步骤：
S1、控制开关到达初始状态，获取此时转子的实际角度θ1；
S2、以θ偏为转子的偏转目标值，控制开关到达偏转状态，获取此时转子的实际角度θ2；其中θ偏＝60°*m/n，m＝1，2，3，n为极对数；
S3、根据如下公式计算转子的零位角度θ0：其中θe＝|θ1-θ2|。
通过上述方法，只需要改变开关状态就可以直接进行对电机零位的标定，标定过程简单直接。
优选地，所述S3后还包括如下步骤：
S4、给定旋转指令，使转子旋转一周；
S5、获取转子的实际转速，若转子的实际转速与转子的给定转速不相等，返回步骤S1，直到转子的实际转速与转子的给定转速相等。
为了验证电机零位的精度，在电机零位角度θ0确定之后可以低速旋转一周，给定旋转指令后电机使能，转子位置不会有突然变化，且在旋转过程中若给定转速与实际转速相等则说明电机零位寻找准确；若电机旋转异常则说明电机零位角度θ0存在问题，需采用上述标定方法重新进行标定并再次对电机零位的精度进行验证，直到转子的实际转速与转子的给定转速相等。
优选地，所述转子的实际转速根据如下公式获取：
实际转速其中θ为转子之于角度传感器定义下的瞬间机械角度，t为时间，dt表示极小的时间变量，dθ表示在dt时间下的电机转子转动的机械角度。
优选地，所述m＝1。当m＝1时，电机定子磁场只能从一个状态转变到与之相邻的状态中，转子随定子磁场的变化也会随之转动至相邻的另一个稳定状态，此时开关的动作最少，由此可以将开关的通断损耗降到最小。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种永磁同步电机零位标定装置，包括开关、电机控制系统、计算单元和角度传感器；
所述电机控制系统与所述开关连接，所述电机控制系统用于依次向所述开关发送初始指令和偏转指令，依次使转子处于初始状态和偏转状态；转子从初始状态到达偏转状态的偏转目标值为θ偏，其中θ偏＝60°*m/n，m＝1，2，3，n为极对数；
所述角度传感器用于获取转子处于初始状态时的实际角度θ1，以及转子处于偏转状态时的实际角度θ2，并将θ1和θ2的值输出给所述计算单元；
所述计算单元用于如下公式获取转子的零位角度θ0： 其中θe＝|θ1-θ2|。
通过上述结构，只需要改变开关状态就可以直接进行对电机零位的标定，标定过程简单直接。
优选地，所述电机控制系统还用于在发送偏转指令后向所述开关发送旋转指令，以使所述转子旋转一周；还用于比较转子的实际转速与给定转速，当转子的实际转速与给定转速不相等时，重新依次向所述开关发送初始指令、偏转指令和旋转指令，直至转子的实际转速与给定转速相等；所述转子的实际转速根据如下公式获取：其中θ为转子之于角度传感器定义下的瞬间机械角度，t为时间，dt表示极小的时间变量，dθ表示在dt时间下的电机转子转动的机械角度。
为了验证电机零位的精度，在电机零位角度θ0确定之后可以低速旋转一周，给定旋转指令后电机使能，转子位置不会有突然变化，且在旋转过程中若给定转速与实际转速相等则说明电机零位寻找准确；若电机旋转异常则说明电机零位角度θ0存在问题，需采用上述装置重新进行标定并再次对电机零位的精度进行验证，直到转子的实际转速与转子的给定转速相等。
具体地，所述角度传感器为绝对式角度传感器。更具体地，所述绝对式角度传感器包括光栅或旋转编码器。
优选地，所述m＝1。当m＝1时，电机定子磁场只能从一个状态转变到与之相邻的状态中，转子随定子磁场的变化也会随之转动至相邻的另一个稳定状态，此时开关的动作最少，由此可以将开关的通断损耗降到最小。
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本发明只需要改变开关状态就可以直接进行对电机零位的标定，标定过程简单直接。
附图说明
图1为本发明永磁同步电机零位标定方法的流程示意图；
图2为本发明永磁同步电机零位标定装置的电路连接示意图；
图3为本发明实施例2中，开关的全桥拓扑结构示意图；
图4为本发明实施例2中，转子处于初始状态时的状态示意图；
图5为本发明实施例2中，转子处于偏转状态时的状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，一种永磁同步电机零位标定方法，包括如下步骤：
S1、控制开关到达初始状态，获取此时转子的实际角度θ1；
S2、以θ偏为转子的偏转目标值，控制开关到达偏转状态，获取此时转子的实际角度θ2；其中θ偏＝60°*m/n，m＝1，n为极对数；
S3、根据如下公式计算转子的零位角度θ0：其中θe＝|θ1-θ2|；
S4、给定旋转指令，使转子旋转一周；
S5、获取转子的实际转速，并比较转子的实际转速与转子的给定转速；若转子的实际转速与转子的给定转速不相等，返回步骤S1，直到转子的实际转速与转子的给定转速相等。所述转子的实际转速根据如下公式获取：实际转速其中θ为转子之于角度传感器定义下的瞬间机械角度，t为时间，dt表示极小的时间变量，dθ表示在dt时间下的电机转子转动的机械角度。
本实施例中，所述角度传感器为绝对式角度传感器，更具体地，所述绝对式角度传感器包括光栅或旋转编码器。
实施例2
如图2，一种永磁同步电机零位标定装置，包括开关、电机控制系统、计算单元和角度传感器；
所述电机控制系统与所述开关连接，所述开关与永磁同步电机连接；所述电机控制系统用于依次向所述开关发送初始指令和偏转指令，依次使永磁同步电机的转子处于初始状态和偏转状态；转子从初始状态到达偏转状态的偏转目标值为θ偏，其中θ偏＝60°*m/n，n为极对数。本实施例中，所述角度传感器为绝对式角度传感器，更具体地，所述绝对式角度传感器包括光栅或旋转编码器。具体地，m＝1，n＝1。
具体地，如图3所示，所述开关包括第一开关管1，第二开关管2，第三开关管3，第四开关管4，第五开关管5和第六开关管6，开关管1-6构成电桥电路并与永磁同步电机连接，这种结构为永磁同步电机运行的常规结构，本发明并未针对此结构进行改进。当开关管1、5、6导通，其余开关管关闭时，转子最终将稳定在初始状态，如图4所示；当开关管1、5、3导通，其余开关管关闭时，转子最终将稳定在偏转状态，如图5所示。上述通过开关管的导通和关闭来实现转子偏转指定角度的方法也是永磁同步电机领域的公知常识，本发明也为对此进行改进。
所述电机控制系统在向所述开关发送初始指令的同时，也向所述角度传感器发送第一角度测量指令，所述角度传感器在接收到第一角度测量指令后，获取转子处于初始状态时的实际角度θ1；
所述电机控制系统在向所述开关发送偏转指令的同时，也向所述角度传感器发送第二角度测量指令，所述角度传感器在接收到第二角度测量指令后，获取转子处于偏转状态时的实际角度θ2；
所述角度传感器在获取到θ1和θ2的值后，并θ1和θ2的值输出给所述计算单元；
所述计算单元用于如下公式获取转子的零位角度θ0： 其中θe＝|θ1-θ2|；并在获取转子的零位角度θ0后，向所述电机控制系统发送验证信号；
所述电机控制系统在收到所述验证信号后，向所述开关发送旋转指令，使转子旋转一周；并同时向所述角度传感器发送测速指令，所述角度传感器在接收到测速指令后获取转子的角度数据θ并将该角度数据发送给计算单元，所述计算单元根据如下公式获取转子的实际转速然后将计算出来的实际转速发送给所述电机控制单元；其中θ为转子之于角度传感器定义下的瞬间机械角度，t为时间，dt表示极小的时间变量，dθ表示在dt时间下的电机转子转动的机械角度。
所述电机控制系统比较所述转子的实际转速和给定转速，当转子的实际转速与给定转速不相等时，依次向所述开关发送初始指令、偏转指令和旋转指令，直至转子的实际转速与给定转速相等，此时输出转子的零位角度θ0，即完成永磁同步电机零位的标定。
本实施例中，所述角度传感器为绝对式角度传感器，更具体地，所述绝对式角度传感器包括光栅或旋转编码器。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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