專利名稱：電機轉子位置估算方法及電機驅動控制方法
技術領域：
本發明涉及電動控制領域，本發明涉及一種電機轉子位置估算方法及將該估算方
法應用于電機尤其是空調用基于正弦波驅動的電機驅動控制方法。
背景技術：
隨著世界能源形勢的日益嚴峻，世界各國對能源及節能技術越來越重視。我國政
府對能源的重視也提升到了一個前所未有的高度，尤其在國家"十一五計劃"中就重點提到
了節能的要求。直流變頻空調由于節能效果明顯而日益受到市場的廣泛關注。 直流變頻空調一般分方波變頻(120度矩形波)和正弦波變頻(180度正弦波)，其
中正弦波變頻控制技術是2002年才剛剛投入空調市場的最新變頻技術，與方波變頻技術
相比具有效率高、控制壓縮機運行平穩、噪音低的優點，更是未來變頻技術的發展方向。 正弦波變頻控制技術中需要時刻知道壓縮機轉子的位置，傳統的方案是在壓縮機
上裝霍爾元件來檢測轉子的位置，但是由于壓縮機是個封閉的系統，霍爾元件容易受到溫
度、濕度和震動等條件的限制，使其可靠性大大降低，同時也增加了電機的成本。為了克服
上述缺點，就需要采用一種算法來間接地實現電機位置的檢測。 現有的技術(電氣學會論文集D117巻1號1997年98-104或者CN1264212A里有引用)是根據期望坐標系下的電流與實際坐標系下的電流之差來估算壓縮機電機的反電動勢，進而得知壓縮機轉子的位置。
發明內容
本發明提供一種電機轉子位置估算方法及相應的電機驅動控制方法，目的是通過
該估算算法間接地檢測電機轉子的位置，用以實現例如空調用正弦波變頻控制。 本發明的目的是由以下技術方案實現的 —種電機轉子位置估算方法，其特征在于，包括如下步驟(1)建立實際旋轉坐標系下定子電壓Ud、u,的方程；(2)建立與實際旋轉坐標系夾角為A 9的期望旋轉坐標系下定子電壓Uy、Us的方程；(3)計算期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之
差AuY(n)、 AUs(n) ;(4)根據期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差
估算電機反電動勢；(5)根據估算的電機反電動勢進而估算出轉子的速度。 —種電機驅動控制方法，包括如下步驟(I)首先讀取電機三相電流A/D采樣數
據；(II)將的三相電流A/D采樣數據轉換為兩相旋轉坐標系下的電流數據；(III)電機位置估算，該步驟采用上述電機轉子位置估算方法；(IV)電壓矢量控制；(V)生成P麗信號給逆變器。 本發明是計算期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差，與現有技術相比，具有估算公式簡單，引入的參數少的特點。從而減小了電機參數對估算反電動勢以及速度的影響，提高了速度估算的準確性以及系統的穩定性。
圖1為期望坐標軸與實際坐標軸關系圖； 圖2為空調系統正弦波矢量控制系統框圖； 圖3為空調系統正弦波矢量控制流程圖； 圖4a現有技術的低頻段有死區時間的電機的電流； 圖4b采用本發明方法的低頻段有死區時間的電機的電流。
具體實施方式
實施例一 請參見圖1，其中u、V、W軸為電機的各相繞組的中心線，d、q軸為實際轉子旋轉坐標系下的軸線，y、 S軸為期望旋轉坐標系下的軸線，d軸與u軸之間的夾角為電機轉角e ，
y軸與u軸之間的夾角為估算的電機轉角eM， Y軸與d軸之間的夾角為a e 。當a e很小時，期望旋轉坐標軸與實際轉子坐標軸重合，此時期望的速度與實際速度相一致，這樣便達到了轉子位置估算的目的。 轉子在實際坐標軸d、 q下的電機方程為
ud = Rid+pLdid-Lqiqco
uq = Riq+pLqiq+Ldid"+e 其中，Ud、u,分別為定子電壓d、q軸分量；id、iq分別為定子電流d、q軸分量；Ld、Lq分別為d、q軸電感；"為電機電角速度；R為定子相電阻；e為電機反電勢；p為微分因子。
當期望坐標軸Y、 S與實際坐標軸d、q之間夾角為A 9時，期望坐標系下的電機方程如下uY = RiY+pLdiY-Lqis "-esinA e (1)
us = Ri s +pLqi s +Ldi Y w +ecos A e 其中，uY、us分別為定子電壓Y 、 S軸分量；iY、 is分別為定子電流Y 、 S軸分 將上述方程(1)離散化，令采樣時間為T可得
1) + ^ (") - 一) & (") - e sin( 2 )
1) +化(")+ (") + e cos A(9 其中，e為估算轉子位置；iy(n)、is(n)分別為定子電流Y、 S軸分量第n采樣
周期值；iy(n-l)、is(n-l)分別為定子電流Y、 S軸分量第n_l采樣周期值。 而我們期望a 9 =0，這樣期望的速度就與實際坐標系下的速度基本一致，在此
時的電機方程如下"腳(")=< (") - < (" -1)+(") - (") ww (") = f ^ (") - # ^ (" -1) +化(")+ v; (") + ^ (" -1) 其中，uMY (n) 、 uMS (n)分別為模型電機定子電壓Y 、 S軸分量；eM(n-l)為期望旋
￡a 丄"
"《(")=^H(")-轉坐標系反電勢。
將上述公式(2)與公式(3)相減，得到:
esin(AP) 下面將上述電機轉子位置估算方法應用于空調器的壓縮機控制中，圖2所示為變頻空調正弦波系統控制框圖，其程序流程圖如圖3所示。 —種基于上述電機轉子位置估算方法的電機驅動控制方法，包括如下步驟(I) 首先讀取壓縮機電機三相電流A/D采樣數據iu、iv、iw ;(II)將三相電流A/D采樣數據iu、 iv、iw轉換為兩相旋轉坐標系下的電流數據id、iq;(ni)進行電機位置估算，具體地，根據 公式(1)到(10)采用期望坐標系下的電壓與轉子旋轉坐標系下的電壓之差估算壓縮機反 電動勢，進而估算出壓縮機電機的速度n ;(IV)電壓矢量計算，即經過電壓矢量控制算出壓 縮機電機轉子坐標系下的電壓，將該電壓反饋給壓縮機位置估算模塊，用以下一個周期的 位置的估算；(V)生成P麗信號給逆變器。
實施例二 實施例二與實施例一的區別在于，只不過在位置估算模塊中公式5與公式6不同， 如下 由公式4可以看出，反電動勢Ae與電壓A us成正比，因為采用PI調節器來估算
反電動勢e，公式如下 <formula>formula see original document page 7</formula>
其中，KpeM為反電勢PI調節器比例系數；KieM為反電勢PI調節器積分系數；eMX(n) 為反電勢PI調節器積分分量。 從4式中我們還可以看出，反電動勢e在一個采樣周期內變化不大，可認為不變， 因而A e與AUy接近正比，在此也采用PI調節器來估算轉角e，可以得到如下轉角方程 <formula>formula see original document page 7</formula>
其中，Kpe為估算轉角PI調節器比例系數；Kie為估算轉角PI調節器積分系數； 9 Mx(n)為估算轉角PI調節器積分分量。
權利要求
一種電機轉子位置估算方法，其特征在于，包括如下步驟(1)建立實際旋轉坐標系下定子電壓ud、uq的方程；(2)建立與實際旋轉坐標系夾角為Δθ的期望旋轉坐標系下定子電壓uγ、uδ的方程；(3)計算期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差Δuγ(n)、Δuδ(n)；(4)根據期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差估算電機反電動勢；(5)根據估算的電機反電動勢進而估算出轉子的速度。
2. 根據權利要求l所述的電機轉子位置估算方法，其特征在于，所述步驟(3)具體包 括a.采樣時間為T將期望旋轉坐標系下的電機方程離散化的步驟；b.對離散化的期望旋 轉坐標系下的電機方程將所述A e收斂于零的步驟；c.將a、b步驟分別所得結果相減，得 到期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差的步驟。
3. 根據權利要求1或2所述的電機轉子位置估算方法，其特征在于，所述步驟(4)采用 如下公式eM(n) = eM(n-l)_Ke Aus (n) 估算反電動勢，其中Ke為反電勢估算常數。
4. 根據權利要求3所述的電機轉子位置估算方法，其特征在于，所述步驟(5)采用如下 公式獲得轉角r (") =(" — " + T ~ (") +尺e，W她("—WA (")其中，KE為反電勢系數；其中一^。(")HL1 ，(" —D^;Ke為轉子位置估算常L :K" —1)<0數。
5. 根據權利要求1或2所述的電機轉子位置估算方法，其特征在于，所述步驟(4)采用 PI調節器來估算反電動勢，公式如下eM (n) = -KpeM A u s (n) +eK (n) eMX(n) = eMX(n_l)-KieMAus (n)其中K-為反電勢PI調節器比例系數；K^為反電勢PI調節器積分系數；eMX(n)為反 電勢PI調節器積分分量。
6. 根據權利要求5所述的電機轉子位置估算方法，其特征在于，所述步驟(5)采用PI調節器來估算轉角e，公式如下& (") = 聊(~ ("-執,(")+ K")l (") = l (" _ 1) + 4 sgn(l (" -1)) A,, (") + ~ (")r /《￡其中，Kpe為估算轉角PI調節器比例系數；Kie為估算轉角PI調節器積分系數；eMX(n) 為估算轉角PI調節器積分分量。
7. —種電機驅動控制方法，包括如下步驟(I)首先讀取電機三相電流A/D采樣數據；(ID將的三相電流A/D采樣數據轉換為兩相旋轉坐標系下的電流數據；(III) 電機位置估算；(IV) 電壓矢量控制；(V) 生成P麗信號給逆變器； 其特征在于，所述電機位置估算具體包括(1) 建立實際旋轉坐標系下定子電壓Ud、U,的方程；(2) 建立與實際旋轉坐標系夾角為A 9的期望旋轉坐標系下定子電壓Uy、Us的方程；(3) 計算期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差AuY(n)、 △us (n);(4) 根據期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差估算電機反電動勢；(5) 根據估算的電機反電動勢進而估算出轉子的速度。
8. 根據權利要求7所述的電機驅動控制方法，其特征在于，所述步驟(3)具體包括 a.采樣時間為T將期望旋轉坐標系下的電機方程離散化的步驟；b.對離散化的期望旋轉坐 標系下的電機方程將所述A 9收斂于零的步驟；c.將a、b步驟分別所得結果相減，得到期 望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差的步驟。
9. 根據權利要求7或8所述的電機驅動控制方法，其特征在于，所述步驟(4)采用如下公式eM(n) = eM(n-l)_Ke Aus (n) 估算反電動勢，其中Ke為反電勢估算常數。
10. 根據權利要求9所述的電機驅動控制方法，其特征在于，所述步驟(5)采用如下公 式獲得轉角r ^ (") = & (" — D + 7 ~ (") + (" - (") fl 1)2 0其中，KE為反電勢系數；其中^g"W油(""^ . ;Ke為轉子位置估算常L一1 :K"_1)<0數。
11. 根據權利要求7或8所述的電機驅動控制方法，其特征在于，所述步驟(4)采用PI 調節器來估算反電動勢，公式如下eM (n) = -KpeM A u s (n) +eK (n) eMX(n) = eMX(n_l)-KieMAus (n)其中K-為反電勢PI調節器比例系數；K^為反電勢PI調節器積分系數；eMX(n)為反 電勢PI調節器積分分量。
12. 根據權利要求11所述的電機驅動控制方法，其特征在于，所述步驟(5)采用PI調節器來估算轉角e，公式如下& (") = & sgn((L (" -1)) A,, (") + 1 (")《a (") = (" _ 1) + & sgn(( V (" —1)) A,, (") + eM / K￡其中，Kpe為估算轉角PI調節器比例系數；Kie為估算轉角PI調節器積分系數；eMX(n) 為估算轉角PI調節器積分分量。
全文摘要
本發明涉及一種電機轉子位置估算方法及將該估算方法應用于電機的驅動控制方法。所述電機轉子位置估算方法包括如下步驟(1)建立實際旋轉坐標系下定子電壓ud、uq的方程；(2)建立與實際旋轉坐標系夾角為Δθ的期望旋轉坐標系下定子電壓uγ、uδ的方程；(3)計算期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差Δuγ(n)、Δuδ(n)；(4)根據期望旋轉坐標系下的電壓與實際旋轉坐標系下的電壓之差估算電機反電動勢；(5)根據估算的電機反電動勢進而估算出轉子的速度。本發明與現有技術相比，具有估算公式簡單，引入參數少的特點，從而減小了電機參數對估算反電動勢以及速度的影響，提高了速度估算的準確性以及系統的穩定性。
文檔編號H02P21/14GK101783636SQ200910247078
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月21日 優先權日2009年1月21日
發明者張有林, 米雪濤, 韓東, 馬穎江 申請人:珠海格力電器股份有限公司