一种电力机器人转子初始位置检测方法

摘要

本发明公开了一种电力机器人转子初始位置检测方法，首先通过控制驱动电路向电机施加三次高频低压脉冲，并利用平均电流斜差法，计算线电感值L_ab、L_bc和L_ac，通过三者的比较确定转子位置角所在区间，根据转子位置角所在区间再次控制逆变器施加一次高频低压脉冲，在4次电流峰值检测过程中，选择最优的3次检测值，进行旋转坐标变换，最终确定转子初始位置角。本发明提供的一种永磁同步电机转子初始位置检测方法，能够非常准确的检测一种永磁同步电机转子初始位置，实现电机的顺利起动；实施过程简单，不需要依赖任何电机参数，测量结果准确，具有很强的工程实用价值。

主权项

一种电力机器人转子初始位置检测方法，其特征在于：首先通过控制三相逆变器向永磁电机施加三次高频低压脉冲，并利用平均电流斜差法计算L_ab、L_bc和L_ac，通过L_ab、L_bc和L_ac的比较确定转子位置角所在区间；然后根据转子位置角所在区间，再通过控制三相逆变器向永磁电机施加一次高频低压脉冲，在四次线电感检测过程中，选择最优的三次检测值进行旋转坐标变换，最终确定转子初始位置角；具体包括如下步骤：(1)采用三相逆变器两两导通的控制方式，即每一时刻电机有两相导通，非导通相悬空，向永磁电机施加三次高频低压脉冲，在相应两相导通时通过线电感计算模块计算相应两相间的电感如式(a)：$\left\{\begin{array}{c}{L}_{ab}\left({\theta }_r\right)=\frac{2U_d}{{\mathrm{di}}_{ab}/dt{|}_{on}-{\mathrm{di}}_{ab}/dt{|}_{off}}\\ L_{ac}\left({\theta }_r\right)=\frac{2U_d}{{\mathrm{di}}_{ac}/dt{|}_{on}-{\mathrm{di}}_{ac}/dt{|}_{off}}\\ L_{bc}\left({\theta }_r\right)=\frac{2U_d}{{\mathrm{di}}_{bc}/dt{|}_{on}-{\mathrm{di}}_{bc}/dt{|}_{off}}\end{array}\right.---\left(a\right)$其中：U_d为直流母线电压；L_ab、L_bc和L_ac分别为AB相线电感、BC相线电感和AC相线电感；di/dt|_on为电流上升的变化率；di/dt|_off为电流下降的变化率；θ_r为转子初始位置角；根据永磁电机的凸极效应，检测电流峰值随转子位置角的变换而呈现如下的变化规律：$\left\{\begin{array}{c}{L}_{bc}\left({\theta }_r\right)=L_o+L_{g2}cos2{\theta }_r\\ L_{ac}\left({\theta }_r\right)=L_o+L_{g2}cos(2{\theta }_r+\frac{2}{3}\pi )\\ L_{ab}\left({\theta }_r\right)=L_o+L_{g2}cos(2{\theta }_r-\frac{2}{3}\pi )\end{array}\right.$其中：L_o为每相绕组自感的平均值，为电机已有参数，各相绕组自感的平均值相等；L_g2为每相绕组自感的二次谐波幅值，为电机已有参数，各相绕组自感的二次谐波幅值相等；结合公式(a)计算得到的电感值L_ab、L_bc和L_ac，根据下述判据，初步判断转子初始位置角θ_r：若L_bc≥L_ab>L_ac，则θ_r位于的位置区间为0°～30°或180°～210°；若L_ab≥L_bc>L_ac，则θ_r位于的位置区间为30°～60°或210°～240°；若L_ab>L_ac≥L_bc，则θ_r位于的位置区间为60°～90°或240°～270°；若L_ac≥L_ab>L_bc，则θ_r位于的位置区间为90°～120°或270°～300°；若L_ac>L_bc≥L_ab，则θ_r位于的位置区间为120°～150°或300°～330°；若L_bc>L_ac≥L_ab，则θ_r位于的位置区间为150°～180°或330°～360°；(2)基于初步判断得到的转子初始位置角θ_r，根据θ_r的区间的不同，会造成永磁体磁极方向和绕组电流所产生的磁场方向相同/相反，从而使得铁心更加饱和/减少饱和，磁导率降低/增加，线电感值减小/变大，从而使得(a)式中L_ab、L_bc和L_ac变小/变大，根据θ_r的区间再次向永磁电机施加一次高频低压脉冲，进行转子初始位置角θ_r的最终判断，规则如下：(2a)若转子初始位置角θ_r的区间为30°～90°或210°～270°，施加高频低压脉冲到AB相，C相悬空：当A相绕组与正向直流母线电压连接，根据式(a)计算此时AB相线电感为当B相绕组与正向直流母线电压连接，根据式(a)计算此时AB相线电感为取平均值根据电机坐标变换基本理论，静止坐标系A‑B‑C与α‑β坐标系之间的关系能够表示为：$\left[\begin{array}{c}{L}_{\alpha }\\ L_{\beta }\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{L}_{bc}\\ L_{ac}\\ {\mathrm{\Sigma L}}_{ab}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{L}_{o}cos2{\theta }_r\\ L_{o}sin2{\theta }_r\end{array}\right]$那么，转子初始位置角θ_r能够表示为：${\theta }_r=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2}arctan\frac{L_{\beta }}{L_{\alpha }}\\ or\\ \frac{1}{2}\arctan \frac{L_{\beta }}{L_{\alpha }}+\pi \end{array}\right.$同时，若则转子初始位置角θ_r的区间为30°～90°；若则转子初始位置角θ_r的区间为210°～270°；(2b)若转子初始位置角θ_r的区间为0°～30°、330°～360°或150°～210°，施加高频低压脉冲到BC相，A相悬空：当B相绕组与正向直流母线电压连接，根据式(a)计算此时BC相线电感为当C相绕组与正向直流母线电压连接，根据式(a)计算此时BC相线电感为取平均值根据电机坐标变换基本理论，静止坐标系A‑B‑C与α‑β坐标系之间的关系能够表示为：$\left[\begin{array}{c}{L}_{\alpha }\\ L_{\beta }\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\Sigma L_{bc}\\ L_{ac}\\ L_{ab}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{L}_{o}cos2{\theta }_r\\ L_{o}sin2{\theta }_r\end{array}\right]$那么，转子初始位置角θ_r能够表示为：${\theta }_r=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2}arctan\frac{L_{\beta }}{L_{\alpha }}\\ or\\ \frac{1}{2}arctan\frac{L_{\beta }}{L_{\alpha }}+\pi \end{array}\right.$同时，若则转子初始位置角θ_r的区间为150°～210°；若则转子初始位置角θ_r的区间为0°～30°或330°～360°；(2c)若转子初始位置角θ_r的区间为90°～150°或270°～330°，施加高频低压脉冲到AC相，B相悬空：当A相绕组与正向直流母线电压连接，根据式(a)计算此时AC相线电感为当C相绕组与正向直流母线电压连接，根据式(a)计算此时AC相线电感为取平均值根据电机坐标变换基本理论，静止坐标系A‑B‑C与α‑β坐标系之间的关系能够表示为：$\left[\begin{array}{c}{L}_{\alpha }\\ L_{\beta }\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{L}_{bc}\\ \Sigma L_{ac}\\ L_{ab}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{L}_{o}cos2{\theta }_r\\ L_{o}sin2{\theta }_r\end{array}\right]$那么，转子初始位置角θ_r能够表示为：${\theta }_r=\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{2}arctan\frac{L_{\beta }}{L_{\alpha }}\\ or\\ \frac{1}{2}\arctan \frac{L_{\beta }}{L_{\alpha }}+\pi \end{array}\right.$同时，若则转子初始位置角θ_r的区间为90°～150°；若则转子初始位置角θ_r的区间为270°～330°；其中，L_α和L_β为转换到α‑β坐标系下的电感值。