專利名稱：一種永磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，屬于高精度伺服控制領域，涉及精密機床、光電跟蹤瞄準設備的伺服控制系統。
背景技術：
永磁同步電機采用電子換向，所以轉子的位置信息直接影響著電機速度、位置控制的精度和動態性能。在伺服系統等高精度控制的場合一般需要安裝碼盤、旋轉變壓器等位置傳感器來獲得電機轉子的準確位置。由于安裝的誤差會使位置傳感器的零位產生偏差，位置傳感器的零位偏差將造成轉子位置檢測的零位偏差，而永磁同步電機轉子位置檢測零位偏差的存在將引起不期望和不可控制的直軸電流，嚴重時會造成電機無法啟動甚至反轉。位置傳感器在安裝時與轉子實際位置會造成一定的偏差，該偏差即零位偏差。實際應用中采用的電機多為多對極電機，轉子機械角度零位偏差的估計誤差，變換為電角度時， 將成極對數倍的增加，所以在高精度的電機控制系統中，需要精確估計出轉子位置零位誤差。在有位置傳感器的控制中，常采用的零位檢測方法是預定位法，即在電機定子中加入直流電或施加固定方向的電壓矢量(一般以U相為零位方向)，電機穩定后獲取的轉子位置即為零位位置。如果電機帶負載，或者電機的摩擦轉矩較大，該方法將造成較大的估計誤差。 另一種方法就是采用無傳感器控制方法中的轉子初始位置獲取方法，同時獲取位置傳感器初始值，從而得到位置傳感器安裝偏差，。但是無位置傳感器轉子初始位置估計方法的共同特點就是估算精度不夠高，從而導致位置傳感器安裝偏差估計值精度不高，違背了使用位置傳感器以得到高精度轉子位置值的初衷。如賈洪平和賀益康在論文《基于高頻注入法的永磁同步電動機轉子初始位置檢測研究》(《中國電機工程學報》2007年5月第27卷第 15期)中利用注入電機中的高頻信號引起PMSM d、q軸磁路飽和程度的差異實現隱極及凸極2種PMSM轉子初始位置的檢測，同時根據定子鐵心的非線性磁化特性，判斷永磁體的N/ S極極性，但該方法的精度僅為5°電角度。如周元鈞等人在論文《改進的永磁同步電機轉子初始位置檢測方法》(《電機與控制學報》2010年3月第14卷第2期)改進了傳統的旋轉高頻電壓注入法，使得可以更為快速、準確的檢測出轉子初始d軸位置。并且針對傳統旋轉高頻電壓注入法無法檢測出轉子永磁體極性問題，在d-q旋轉坐標系下，通過分析永磁同步電機d軸磁鏈和定子電流之間的關系，利用d軸電流的泰勒級數展開，提出了根據定子鐵芯非線性磁化特性獲得判別N/S極極性信息的新方案，但該方法較復雜，而且精度也僅為3. 44°電角度。胡任之、徐永向等人在論文《永磁同步電動機位置傳感器零位偏差估計方法》(《微電機》2009年第42卷第2期)中分析了存在位置傳感器零位偏差時永磁同步電動機的電磁轉矩，分析了基于電磁轉矩模型的位置傳感器零位偏差的估算原理，給出了實現方法。將該方法與轉子預定位法相結合，解決了負載條件下永磁同步電動機位置傳感器零位偏差估計的問題。該方法需要電機作勻速或勻加速運動，在未獲取轉子位置值的情況下較難達到理想的運轉情況，該方法精度為0. 35°電角度。
發明內容
本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種永磁同步電機反電動勢 的轉子位置傳感器零位偏差估計方法，該方法利用永磁同步電機反電動勢與轉子磁極位置 的偏差的關系，精確估計出永磁同步電機(PMSM)轉子位置傳感器安裝偏差。本發明采用的技術方案為永磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，原 理如下定義電機三相分別為U、V、W，規定以U相方向為轉子的零位方向。利用永磁同步電機反電動勢模型
權利要求
1. 一種水磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，其特征在于實現步驟如下 第一步利用外力旋轉電機轉子；第二步同時采樣電機三相U、V、W線線之間的反電動勢和轉子位置傳感器輸出值，得到數據組(euv、evw、ewu、θ ‘ re)k，k = 0、l、2........n，其中e 為V、W相之間的反電動勢，為V、W相之間的反電動勢，ewu為W、U相之間的反電動勢，θ' M為電機轉子位置傳感器，下標k表示采樣的到的第k組數據，以下所有下標k表示采樣到的第k組數據或者由第 k組數據進行計算得到的第k組數據；第三步將第二步得到的數據級組中的三相線線反電動勢(euv、evw、ewu)k經過Clark變換得到α-β坐標系反電動勢(ea，ee)k，其中ea表示α軸電動勢，e0表示β軸反電動勢，α軸與U相同軸，β軸逆時針超前α軸90° ；第四步用永磁同步電機轉子位置傳感器輸出的位置量(θ ‘ JkJf α-β坐標系反電動勢(ea，ee)k變換到電機旋轉坐標系中，得到(e' d,e' q)k，其中e' d>e',分別表示利用轉子位置傳感器輸出值θ' M進行解耦得到的旋轉坐標系中的直、交軸反電動勢值； 第五步利用(e' d,e' q)k，通過反正切計算求得η個轉子位置傳感器零位偏差Δ θ k， 1 n-\再通過公式計算Δ6> = — [厶6^得到永磁同步電機轉子位置傳感器零位偏差δ Θ。
2.根據權利要求ι所述的永磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，其特征在于所述第二步中，在同一采樣時刻對電機三相之間線線反電動勢及電機轉子位置傳感器進行采樣。
3.根據權利要求1所述的永磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，其特征在于所述第四步中，用電機轉子位置傳感器輸出的位置量(Θ ‘ re)k，將電壓(ea，ee)k變換到旋轉坐標系中，得到(e' d,e' q)ko
4.根據權利要求1所述的磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，其特征在于所述第五步中，根據第四步求得的(e' d, e' q)k，通過反正切運算求得η個零位偏差 Δ 0ko
全文摘要
一種永磁同步電機轉子位置傳感器安裝偏差估計方法，步驟為(1)利用外力旋轉電機轉子；(2)采樣電機線線反電動勢和轉子位置傳感器輸出的位置值，得到n組數據(n表示多組)；(3)將線線反電動勢變換到兩相靜止坐標系；(4)用轉子位置傳感器輸出的位置值，通過park變換將兩相靜止坐標系反電動勢變換到旋轉坐標系中，得到旋轉坐標系直軸反電動勢和交軸反電動勢；(5)利用上一步得到的直軸和交軸反電動勢比例，通過反正切運算得到n個角度值，求均值得到轉子位置傳感器安裝偏差。該方法可以精確地估計出隱極和凸極永磁同步電機轉子位置傳感器的安裝偏差，得到很高的精度。
文檔編號G01B7/00GK102401626SQ201110369618
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月20日 優先權日2011年11月20日
發明者李錦英, 楊云偉, 陳興龍, 黃永梅 申請人:中國科學院光電技術研究所