一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，在機器人啟動之前，向機器人的驅動電機施加兩次電壓脈沖，根據電流傳感器檢測到的電流變化率求出響應的電感值，隨后根據電機位置角與電感值的函數關系，并結合電機轉子磁極的判斷方法，得出機器人在啟動之前的驅動電機轉子位置角。機器人運行之后，電機驅動采用SVPWM控制技術，其每一次PWM周期中都有三種不同的電壓矢量，其中每一種電壓矢量，對應著不同的相電流變化值，通過測量不同電壓矢量下對應的相電流變化值，并結合電壓值獲取反電動勢，最后實時獲取機器人驅動電機的動子位置，本發明可以準確、有效的獲取機器人驅動電機的位置信息。
【專利說明】一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，采用基于SVPWM控制技術的反電勢法，可以準確、有效的獲取機器人驅動電機的位置信息。
【背景技術】
[0002]目前，在各種結構的機器人系統中，由于采用永磁同步電機(PMSM)的方案效率較高，因此這種方案具有著重要的地位。特別是在電力機器人和小型機器人中，PMSM由于這些優點而得到了更多的應用。但是，一般情況下，機器人的驅動電機采用機械式位置傳感器來檢測電機的轉速和動子位置，如光電編碼器和旋轉變壓器。然而，機械式傳感器的存在帶來了很多弊端:1)電機與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統可靠性；2)加大了電機空間尺寸和體積,減少了功率密度,增加了系統的硬件成本和維護成本；3)在高溫與強腐蝕環境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導致電機驅動系統無法正常工作。
[0003]而能否對轉子初始位置進行準確估計是永磁同步發電機高性能控制策略(矢量控制或直接轉矩)和無位置傳感器運行實現的前提條件，也是關系到機器人是否順利起動，以及能否實現 最大轉矩起動的關鍵問題；因此，轉子初始位置檢測一直是工程技術界研究的熱點和難點問題之一，尤其在電力機器人中，因為機器人所進行的操作為基本為高壓操作，檢測的線路非常危險，如果轉子初始位置檢測不準確，會造成電力機器人的反響轉動，結果有可能因為誤操作破壞整個電力線路和機器人，嚴重的甚至會造成高壓短路。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，采用基于SVPWM控制技術的反電勢法，可以準確、有效的獲取機器人驅動電機的位置信息，無需機器式傳感器，同時克服了傳統反電動勢法無法在電機靜止時無法獲取轉子位置的信息；通過向機器人的驅動電機施加兩次電壓脈沖，并結合磁極判斷的方法，最終得出機器人在啟動之前的驅動電機轉子位置角，可以提高電力機器人的穩定性、精確度和動態響應能力。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0006]一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，采用基于SVPWM控制技術的反電勢法獲取機器人驅動電機的位置信息，可以準確、有效的獲取機器人驅動電機的位置信息，具體包括如下步驟:
[0007](I)在機器人啟動前，向電機施加兩次電壓脈沖，兩次電壓脈沖的作用時間分別為T1和T2，在此階段要求機器人不能因電壓脈沖的注入而產生晃動，因此要求T1, T2都小于電機時間常數；利用電流傳感器檢測T1和T2時刻電機在X-Y軸坐標系下所對應的電流變化率Δ IxlA1^A iyl/I\、A ixl/T2和Λ iyl/T2，隨后根據這四個變化率和已知的電壓矢量，通過計算得到與轉子位置構成函數關系的電感值，最后根據電感值，初步推導出初始位置角；[0008](2)初步推導出的初始位置角沒有判斷轉子磁極的極性，因此在此基礎上，向電機施加等寬電壓脈沖，結合電機鐵心的飽和效應，利用磁場飽和引起的響應電流幅值的變化來估計出轉子的磁極極性，同時結合初步推導出的初始位置角，判斷出轉子初始位置角，最終得到機器人啟動前的轉子位置角；
[0009](3)機器人運行后，采用基于SVPWM(空間矢量脈寬調制技術)的反電動勢法對轉子位置信息進行實時檢測，每一次PWM周期中都有三種Vm、Vn和V1不同的電壓矢量，其中每一種電壓矢量對應一種相電流變化值，Vm, Vn和V1分別對應著相電流變化值Λ im、A 1?和Ai1，通過測量不同電壓矢量下對應的相電流變化值率，獲取反電動勢，最后求出機器人驅動電機的位置角。
[0010]有益效果:本發明提供的用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，相較于現有技術，具有如下優勢:1、能夠非常準確的檢測電力機器人驅動電機的轉子初始位置，可以實現機器人的順利起動，并且可以實現最大轉矩起動；2、克服了機械式傳感器所帶來的弊端，如:1)電機與控制器之間的連接元件增多，坑干擾能力變差，降低了系統可靠性；2)加大了電機空間尺寸和體積，減少了功率密度，增加了系統的硬件成本和維護成本；3)在高溫與強腐蝕環境中，將使傳感器性能變差、甚至失效，導致電機驅動系統無法正常工作；
3、基于SVPWM調制控制，無需其他的額外硬件，且無需額外復雜的控制算法，使得成本很低，非常適合于工業應用中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為電力機器人驅動電機控制系統框圖；
[0012]圖2為電機模型和X-Y軸坐標系；
[0013]圖3為電流傳感器檢測原理圖；
[0014]圖4為SVPWM控制策略相電流與電壓矢量對應圖；
[0015]圖5為空間電壓矢量分布；
[0016]圖6為三相逆變器結構圖；
[0017]圖7為定子磁鏈和永磁體磁鏈方向示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0019]一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，在機器人啟動前，向電機施加兩次電壓脈沖，兩次電壓脈沖的作用時間分別為T1和T2，在此階段要求機器人不能因電壓脈沖的注入而產生晃動，因此要求T1, T2都小于電機時間常數；利用電流傳感器檢測T1和T2時刻電機在X-Y軸坐標系下所對應的電流變化率Λ IxlA1^A iyl/I\、A ixl/TjPA iyl/T2，隨后根據這四個變化率和已知的電壓矢量Ln、L12、L21和L22，通過計算得到與轉子位置構成函數關系的電感值，最后根據電感值，初步推導出初始位置角。
[0020]機器人驅動電機的數學模型如圖3所示，在X-Y軸坐標系下的電壓方程為:
【權利要求】
1.一種用于變電站巡視機器人的無位置傳感控制方法，其特征在于:采用基于SVPWM控制技術的反電勢法獲取機器人驅動電機的位置信息，具體包括如下步驟: (1)在機器人啟動前，向電機施加兩次電壓脈沖，兩次電壓脈沖的作用時間分別為1\和T2,要求T1, T2都小于電機時間常數；利用電流傳感器檢測T1和T2時刻電機在X-Y軸坐標系下所對應的電流變化率Λ IxlA1^A IylA1^A、/!^和厶iyl/T2，隨后根據這四個變化率和已知的電壓矢量，通過計算得到與轉子位置構成函數關系的電感值，最后根據電感值，初步推導出初始位置角； (2)向電機施加等寬電壓脈沖，結合電機鐵心的飽和效應，利用磁場飽和引起的響應電流幅值的變化來估計出轉子的磁極極性，同時結合初步推導出的初始位置角，判斷出轉子初始位置角，最終得到機器人啟動前的轉子位置角； (3)機器人運行后，采用基于SVPWM的反電動勢法對轉子位置信息進行實時檢測，每一次PWM周期中都有三種Vm、Vn和V1不同的電壓矢量，其中每一種電壓矢量對應一種相電流變化值，^?和V1分別對應著相電流變化值Λ im、A ^和八I1，通過測量不同電壓矢量下對應的相電流變化值率，獲取反電動勢，最后求出機器人驅動電機的位置角。
【文檔編號】H02P21/00GK103997268SQ201410231115
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】余海濤, 孟高軍, 胡敏強, 黃磊 申請人:東南大學