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永磁同步电机开环V_F稳定控制方法
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永磁同步电机开环V_F稳定控制方法
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永磁同步电机电流闭环问题
发表于3年前
<input type="hidden" id="hGroupID" value="38"
各位大侠：&/p>
&p>& & & & &我使用TI例程PMSM3_3，电机为13对级，27槽，角度测量采用旋变，采用吸D轴的方法找到D轴与定子U相的角度差，Ud=0.2，Uq=0，电角度=0，读取旋变的值为10.1度，将旋变测量值与该值做差作为新的机械角度，再换算为电角度。问题是在LEVEL1时采用自己的角度电机转的很平稳，正传与反转均没有问题，在LEVEL3时，采用自己的角度及自己的电流采样程序，电流无法闭环，怎么调整电流PID参数，电机都以高速旋转，ID及IQ均无法跟随给定值，开始怀疑是电流采样的问题，后来利用TI产生的角度，利用自己的电流采样时ID及IQ均可以跟随给定值，所以可以肯定电流采用是没有问题的，后来将之前测的10.1度改为6.5度时，电机正转时电流环能闭上，但是电机反转却不能闭上，这是为什么？感觉10.1度这个值在开环、电流闭环、速度闭环时均不能改变，但不改变电流环就闭不上，是不是因为我是空载的原因，电机电流很小，即使给定大的IQ，电机也无法产生大的电流，带上负载后以10.1度的偏移角就能闭上电流环？还有吸D轴方法测得的偏移角准不准确？望各位大侠给予解答，万分感谢！&/p>&div style=&clear:&>&/div>" />
永磁同步电机电流闭环问题
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各位大侠：
& & & & &我使用TI例程PMSM3_3，电机为13对级，27槽，角度测量采用旋变，采用吸D轴的方法找到D轴与定子U相的角度差，Ud=0.2，Uq=0，电角度=0，读取旋变的值为10.1度，将旋变测量值与该值做差作为新的机械角度，再换算为电角度。问题是在LEVEL1时采用自己的角度电机转的很平稳，正传与反转均没有问题，在LEVEL3时，采用自己的角度及自己的电流采样程序，电流无法闭环，怎么调整电流PID参数，电机都以高速旋转，ID及IQ均无法跟随给定值，开始怀疑是电流采样的问题，后来利用TI产生的角度，利用自己的电流采样时ID及IQ均可以跟随给定值，所以可以肯定电流采用是没有问题的，后来将之前测的10.1度改为6.5度时，电机正转时电流环能闭上，但是电机反转却不能闭上，这是为什么？感觉10.1度这个值在开环、电流闭环、速度闭环时均不能改变，但不改变电流环就闭不上，是不是因为我是空载的原因，电机电流很小，即使给定大的IQ，电机也无法产生大的电流，带上负载后以10.1度的偏移角就能闭上电流环？还有吸D轴方法测得的偏移角准不准确？望各位大侠给予解答，万分感谢！
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探花11425分
你遇到的问题应该是角度位置不对，你读旋变测得的角度不能直接使用，需要减去永磁同步电机的磁极偏置角（其测量方法有很多，网上可以找到）。使用了不正确的角度，会出现几种情况：电机不转、电机高速旋转且不可控、电机不断加速直至过流报错等。这都是使用的角度不正确造成的，使用了不正确的角度，导致正余弦输出值不正确，进而影响后面各环节的输出。
如果我的回答对您有帮助，请选择帖子下方的&是&，感谢您对TI的关注！
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探花10196分
LEVEL3只有电流闭环，没有速度闭环。由于速度没有闭环，如果你用检测到的电机真实角度来计算ID和IQ，那么这就构成了一个电流环（转矩环）。由于转速没有控制，那么输出的转矩与负载转矩大的时候，电机就会一直加速，直到输出转矩与负载转矩平衡。如果你空载进行电流环调试，那样电机就是转得非常快，因为电机一直在加速。
仅仅只有电流环的调试比较困难，因为找到转矩的平衡点的电流给定很难。所以在我们的例程中，LEVEL3的角度仍由RC和RG两个模块产生。你如果仔细分析会发现，算法中的DQ轴不是电机实际的DQ轴。有兴趣，你可以画一下空间矢量图分析一下。
你通过注入D轴电流校准D轴零位的方法没有问题，只是电流足够大，并且在空载时校准，一般误差可以接受。
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&&&&&&&&&&&& 您好！非常感谢您的回复，我已经采用了吸D轴的方法找到了大致的磁极偏置角，旋变测量出的角度已经减去了偏置角，保证旋变的0度与电机的电角度大致重合，因为使用自己的角度电机开环转的非常平稳，所以不是角度的问题，再次感谢您的回复！
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&&& 您好！感谢您的回复，前段时间一直纠结为什么例程LEVEL3能闭上电流环，而利用自己的角度却闭不上电流环，一直在调试PID，看了您的分析之后，才想明白，电机空载闭电流环，电机一直加速直到输出转矩与负载转矩平衡，这种现象是正确的。还想问一下，如何不具备给电机施加恒定负载的情况下，是不是只能跳过电流环，直接闭上速度环，然后同时调试电流环及速度环的PI参数？我现在是采用RC和RG两个模块产生的角度调试出一组能够电流闭环的PI参数，然后跳到LEVEL5，利用上一步得到的电流环PI，调试速度环PI参数，不知道这种做法是否可行？期待您的回复！
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探花10196分
用RC和RG产生的角度来调试电流闭环的PI参数，就是我们的例程里LEVEL3的调试方法，是可行的。
在LEVEL3调试时，还是需要清楚一件事情，就是程序中计算出的来ID和IQ是建产在RC和RG计算出来的角度构成的一个旋转坐标系，这是一个人为假定的旋转坐标系，并不是真实的转子DQ坐标系。
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永磁同步电机转子初始位置检测方法检测,方法,位置,检测方法,永磁同步,法检测
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永磁同步电机转子初始位置检测方法
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3秒自动关闭窗口永磁同步电机初始定位方法
专利名称永磁同步电机初始定位方法
技术领域本发明涉及变频调速系统，具体为基于旋转变压器的永磁同步电机初始定位方法。
背景技术对永磁同步电机进行伺服控制时，控制器控制定子三相电流合成磁场的矢量方向。为了有效控制定子磁场矢量，需要对转子位置进行精确测量。通常经济有效的方法是: 在电机转子上安装增量式编码器，用编码器输出脉冲数量来表征转子位置变化。该方法中， 控制器需要先得知转子的初始位置，再根据编码器送来的AB脉冲才能确定转子旋转的方向和已转过的角度。在系统首次上电时，电机转子的绝对位置是不确定的。因此只能让电机先转起来，当检测到Z信号时，才能给电机转子位置准确定位，进行矢量控制。这种方法的弊端是控制器每次重新上电时都要对电机转子初始位置进行辩识。而且每次辩识初始角时，电机可能要转过360。才能寻找到零点，对电机准确定位。在某些场合，如电动汽车上是不允许这么做的。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机初始定位方法，能够避免每次上电都要重新辨识初始角的麻烦。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为永磁同步电机初始定位方法， 其特征在于它包括以下步骤增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，其中旋转变压器包括定子绕组和转子绕组，分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块通过差分放大器给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信传输绝对角度信号；当系统首次上电时，使得转子停在O角度位置，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机初始角Atl，并进行存储； 继而使得永磁同步电机闭环矢量运行，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角Θ =Ax-A0 ；系统每次断电时，将当前的转子位置角进行存储，再次上电时作为电机初始角用于计算转子位置角。
按上述方案，获得电机初始角A0时，利用直流制动的方法使转子停到与A相轴线重合的位置，即O角度位置。
按上述方案，安装好旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块后，使得电机在VF控制模式下运转，并记录获得的绝对角度信号，若绝对角度信号平滑连续，则表明该信号有效。
本发明的工作原理为当旋转变压器转子随电机同步旋转时，在初级励磁绕组上外加交流励磁电压，次极输出绕组中便会产生感应电动势，大小为励磁与转子旋转角正余弦的乘积。设i力旋转变压器定子侧绕组轴线与电机定子A相轴线的交角，旋转变压器定子安装到电机端盖上后，A即被固定；设％为旋转变压器转子侧绕组轴线与电机转子V轴的交角，当旋转变 压器转子安装到电机转子轴上后，^即被固定；设6为电机定子A相轴线与电机转子d轴的交角，即电机位置角 人为旋转变压器定子轴线与旋转变压器转子轴线的交角，即绝对角度，可以通过旋变-数字转换模块根据旋转变压器得到，并由系统主处理器获得。可以看到，电机位置角可以表示为4 = 4-(
),由于A可以通过旋变-数字转换模块得到，为了能求出电机位置角P还需要测出(
)的值。为此，只要在电机位置角5 = 0时，通过旋变-数字转换模块得到此时的绝对角度即可。
本发明的有益效果为I、本发明将旋转变压器的特性运用到电机上，使得电机转子的旋转角度与旋转变压器同步，通过获得旋转变压器的旋转角度来得知电机转子的位置角，并且在每次断电时将当前位置角保存，用于下一次位置角的计算，因此仅需在首次上电时需要计算初始角，从而避免了每次上电都要重新辨识初始角的麻烦。
2、在获得电机初始角Atl时利用直流制动的方法，直接利用软件反推出控制电压， 无需增加其它硬件设备。
3、通过在VF控制模式对绝对角度信号进行检测，以保证各硬件是否连接正确、解码是否成功。
4、本方法涉及的硬件结构简单、常规，可在原有的系统中进行改进，操作方便。
图1为旋转变压器的工作原理图。
图2为旋变-数字转换模块外围功能电路图。
图3为旋变-数字转换模块与DSP的接线图。
图4为电机转子位置角与绝对角度的关系图。
图5为直流制动构架图。
具体实施方式
图1为旋转变压器的工作原理图，旋转变压器的初级励磁绕组(R1-R2)和二相正交的次极感应绕组(S1-S3S第一次级感应绕组，S2-S4为第二次级感应绕组)同在定子侧。转子侧则是与初级绕组和次极绕组磁通耦合的绕组线圈。当旋转变压器转子随电机同步旋转时，在初级励磁绕组上外加交流励磁电压，次极输出绕组中便会产生感应电动势，大小为励磁与转子旋转角正余弦的乘积。旋转变压器输入输出关系如下eR1-Rz = E0SinWt(1)，Es.-s, = kERi_R；sin8(2)，E5l-S4 = IcEr1-H2 cos0⑶，式中E0 -励磁最大幅值；EA-h -初级励磁绕组励磁电压-励磁角频率；bS1-S1-第一次级感应绕组励磁电压；-第二次级感应绕组励磁电压；k_旋转变压器变比汩-转子旋转角度，即转子的位置角。
永磁同步电机初始定位方法，包括以下步骤一、增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，其中旋转变压器包括定子绕组和转子绕组，分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块通过差分放大器给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号，其电路图如图2所示；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信传输绝对角度信号，其电路图如图3所示。
本实施例中，选用的旋变-数字转换模块为AD2S1200芯片，其主要工作特性和参数是(I) 5V单电源供电；(2)输出12位绝对位置信息和带符号位的11位速度信息；(3) 具有串行通信接口和并行通信借口 ；(4)励磁频率为10ΚΗΖ，12ΚΗΖ，15ΚΗΖ，20ΚΗΖ可编程。 本系统采用ISE70-30D08型旋转变压器，它所需的激磁电压为3-7V(有效值)。初次级电压比为O. 286，而AD2S1200输出的励磁信号峰-峰值为8. 2V，接收的正余弦信号峰-峰值为 (3. 6± 10%)V，所以励磁电压信号从图2所示AD2S1200的EXC+和EXC-输出，经过差分放大器后电压峰-峰值变为8. 2*1. 575=12. 9V，该电压作为旋转变压器的初级励磁电压，次极输出电压的峰-峰值为Upp=12. 9*0. 286=3. 69V。旋转变压器次极输出信号％ , , 和％ 经滤波电路后直接进入AD2S1200的SIN，SINL0，C0S，COSLO四个管脚。功能电路图如图2。 AD2S1200被设置成串行输出模式，与系统的主CPU (TMS320F28335)通信。由电平转换芯片 ADG3308BRUZ实现AD2S1200输出的5V电平到DSP输入3. 3V电平之间的转换。
安装好旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块后，使得电机在VF控制模式下运转，并记录获得的绝对角度信号，若绝对角度信号平滑连续，说明此处旋变解码芯片解码成功，表明该信号有效。
二、当系统首次上电时，利用直流制动的方法使得转子停在O角度位置，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机初始角Atl，并进行存储；继而使得永磁同步电机闭环矢量运行，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角 Q =Ax-A0。
旋转变压器初始定位的主要目的是获得在电机位置角为O度时对应的编码器绝对角度，根据这一信息可以使得电机位置角与编码器的绝对角度一一对应。图4中，q为旋转变压器定子侧绕组轴线与电机定子A相轴线的交角，旋转变压器定子安装到电机端盖上后，^即被固定；A为旋转变压器转子侧绕组轴线与电机转子V轴的交角，当旋转变压器转子安装到电机转子轴上后，^即被固定； 为电机定子A相轴线与电机转子i/轴的交角，即电机位置角；4为旋转变压器定子轴线与旋转变压器转子轴线的交角，即绝对角度，可以通过旋变-数字转换模块根据旋转变压器得到，并由系统主处理器获得。可以看到，电机位置角可以表示为3 = 4-(
),由于七可以通过旋变-数字转换模块得到，为了能求出电机位置角4还需要测出(
)的值。为此，只要在电机位置角5 = 0时，通过旋变-数字转换模块得到此时的绝对角度即可。
利用直流制动的方法使得转子停在O角度位置直流制动构架图如图5所示，在 dq轴坐标系下，基于坐标变换和SVPWM原理，通过软件设计可生成0-360。的高分辨率电压矢量。由SVPWM主导转子的定位，使得d轴电压^为固定值，q轴电压~为0，park反变换角度给定固定值为Q，此时电机转子磁场方向和定子给定电压矢量方向一致，永磁体转到 θ位置。
把电机停到O位置，也就是给电机提供一个与定子A轴轴线重合的电压矢量即可。 选择两相静止定子坐标系，由永磁同步电机的数学模型可地它的定子电压方程为
1.永磁同步电机初始定位方法，其特征在于它包括以下步骤
增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，其中旋转变压器包括定子绕组和转子绕组，分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块通过差分放大器给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信传输绝对角度信号；
当系统首次上电时，使得转子停在O角度位置，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机初始角Atl，并进行存储；继而使得永磁同步电机闭环矢量运行，系统主处理器获得的绝对角度信号即为电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角Θ =Ax-A0 ；
系统每次断电时，将当前的转子位置角进行存储，再次上电时作为电机初始角用于计算转子位置角。
2.根据权利要求I所述的永磁同步电机初始定位方法，其特征在于获得电机初始角A0时，利用直流制动的方法使转子停到与A相轴线重合的位置，即O角度位置。
3.根据权利要求I所述的永磁同步电机初始定位方法，其特征在于安装好旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块后，使得电机在VF控制模式下运转，并记录获得的绝对角度信号，若绝对角度信号平滑连续，则表明该信号有效。
本发明提供永磁同步电机初始定位方法，包括步骤增设旋转变压器、旋变-数字转换模块和电平转换模块，旋转变压器的定子绕组和转子绕组分别固定在永磁同步电机的定子和转子上；定子绕组包括初级绕组和次级绕组，旋变-数字转换模块给初级绕组提供励磁信号，并将次级绕组输出的包络线信号转变为绝对角度信号；旋变-数字转换模块通过电平转换模块与系统主处理器通信；系统首次上电，转子停在0角度位置，主处理器获得电机初始角A0；继而永磁同步电机闭环矢量运行，主处理器获得电机绝对角Ax，永磁同步电机的转子位置角θ=Ax-A0；系统每次断电，将当前的转子位置角进行存储，再次上电时作为电机初始角。
文档编号H02P21/00GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者徐晖, 王胜勇, 卢家斌, 王国强, 唐文秀, 王傲能 申请人:中冶南方(武汉)自动化有限公司}