關於電機轉子初始位置檢測的方法

2021-10-12 17:16:56 字數 3017 閱讀 4178

電機實現閉環需要電機的轉速和轉子實際位置的反饋量。其中對於轉子位置的反饋量最為麻煩,因為電機的轉子檢測感測器不論是使用增量式編碼器、絕對式編碼器還是旋轉變壓器都需要檢測感測器的安裝位置與電機電角度的零位之間的偏差角。檢測偏差角的過程實際上就是對位置的過程。

通常我們使用的對位置的方法有如下幾種:

1.給a相通電,其餘兩相給高阻態,此時電機應旋轉到電機的電角度的0度,此時讀取感測器的角度,即可求得偏差角。

2.通過給三相中的任意兩相通直流電(電壓應相對較低 10v左右,保證不會損壞電機),電機應旋轉到對應的位置,例如給a相接直流電的+,c相接直流電的-,那麼接下來電機旋轉到的位置應該是電角度的30度左右。

3.使用id=0控制策略時,首先讓電機以較慢的速度開環旋轉,然後在某個時刻,開環角度保持不變,電機必然會停止旋轉,這時候給d軸電流,q軸電流為0,則此時電機只有磁阻轉矩做功,電機也會吸合在乙個電角度上,該電角度是可以求出來的。後面會詳細闡述。

4.同樣使用id=0控制策略,與3方法基本一致,但最後停止旋轉時,給定q軸電流為乙個常數,d軸電流為0,此時應同樣吸合在乙個可以解算的電角度上。方法與前者類似,依舊會在後面闡述。

對於這個電角度的解算我使用了matlab和**兩種驗證方法。首先我們從座標變換的角度可以發現假定三相電流為

其中w為三相的頻率,t為時間,im為三相電的幅值,delta為2/3*pi。那麼經過clarke和park變換後的dq軸電流應該是不變的,其dq軸電流的平方和即為定子電流的大小,此時d軸和定子電流的角度應該為0度。

對上述的三相電做clarke和park變換至dq座標系,並且解算id=im,iq=0時候對應的wt=0。**如下:

delta=2/

3*pi;

syms im ;

wt=0

;syms theta_elec;

ia=im*

cos(wt)

; ib=im*

cos(wt-delta)

;ic=im*

cos(wt+delta)

;ialpha=

2.0/

3.0*

(ia-1/

2.0*ib-1/

2.0*ic)

;ibeta=

2.0/

3.0*

(sqrt(3

)/2.0*ib-

sqrt(3

)/2.0*ic)

;id=ialpha*

cos(theta_elec)

+ibeta*

sin(theta_elec)

==im

iq=ibeta*

cos(theta_elec)

-ialpha*

sin(theta_elec)

theta=

solve

(id,theta_elec)

該解算過程中將wt=0,也就是說三相電流的和向量均在a相上,此時d軸上有最大的電流,q軸電流為0,則可以使得吸合力最大。保證吸合的準確性。

解算得到的結果是theta=0,即給id電流為三相電的最大幅值im,給iq電流為0時,得到的電角度為0度,即使用給d軸電流吸合後的電角度為0度。

在**中給d軸電流,q軸給0,得到的電機三相電流如下圖所示

由此圖可以看出,剛開始是啟動狀態,等到0.01s電流穩定時,a相對應的三角函式與上圖wt=0時一致。

按照這個思路,那我們用q軸電流吸合的時候應該使得三相電合成的定子電流在y軸上,即使得wt=pi/2,就可以得到定子電流向量合成的結果是在y軸上的。此時按照上面的方法進行解算,可以得到此時的電角度theta_elec為0。這意味著什麼呢?這意味著此時我們的d軸是在a相電流上的,但轉子是吸合在q軸上的,所以此時讀寫出來的實際的轉子的電角度應該為pi/2。下面是**

delta=

2.0/

3.0*pi;

syms im theta_elec wt;

wt=pi/2;

ia=im*

cos(wt)

;ib=im*

cos(wt-delta)

;ic=im*

cos(wt+delta)

;ialpha=

2.0/

3.0*

(ia-1/

2.0*ib-1/

2.0*ic)

ibeta=

2.0/

3.0*

sqrt(3

)/2.0*

(ib-ic)

id=ialpha*

cos(theta_elec)

+ibeta*

sin(theta_elec)==0

iq=ibeta*

cos(theta_elec)

-ialpha*

sin(theta_elec)

這個結果的解算比較複雜,但是最後帶入電角度為0時,結果是正確的。

在**中給d軸電流,q軸給0,得到的電機三相電流如下圖所示

由此圖可以看出,剛開始是啟動狀態,等到0.01s電流穩定時,a相對應的三角函式與上述的三角函式中角度加pi/2後的結果是一致的。

網上看過很多資料,基本都是用d軸吸合或者直接給三相通電測得偏差角。但是在我看來,給三相通電這樣做的方法並不是很好,首先時比較麻煩,其次是對實際工程應用中顯然比較麻煩。使用d軸吸合也不是非常推薦,因為他吸合的時候使用的是磁阻轉矩,至少我使用的電機中,磁阻轉矩大的電機不多,所以建議還是用q軸去吸合,這樣得到的結果更為精確。不過影響也不大,另外值得說明的是,我在實際電機中測試過,使用d軸和q軸吸合的兩種情況,其電角度確實差了大約pi/2。不過說到底,找個好的廠家直接安裝精確就成了,手動狗頭。

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