[发明专利]一种电机启动阶段转子位置调整方法

说明书

本发明公开了一种电机启动阶段转子位置调整方法，在电机完成外同步开环加速阶段后，判断定子与转子间的相对位置是否符合预期条件。若转子不在预期位置上，则通过调整定子与转子的相对位置以及转子速度来使得转子最终达到预期位置，最后完成电机控制状态的切换。本发明提供的方案与现有技术的区别在于无需人工标定可切换的电机转速以及切换的时间，而是通过自适应控制算法来取代人工离线标定，减少了标定工作量。可有效提高电机启动抗干扰能力和对工况偏差的自适应能力，且可提高电机启动的稳定性。本发明通过算法实现定转子相对位置的闭环调节，目标是修正启动过程累计的定转子相对位置误差以满足切换条件。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，尤其是涉及一种电机启动阶段转子位置调整方法。

背景技术

图1为无位置传感器无刷直流电机控制三段式启动控制原理图。对于方波驱动的电机，其换相时刻基于电机三相端电压采样判断反电动势过零点法。反电动势过零点检测的方法要求电机已达到一定的转速，因此零速到一定转速需要一个电机的启动阶段。通常采用“三段式”启动方案，即转子定位阶段、外同步开环加速阶段以及运行状态切换至自同步运行状态。各阶段的转速变化趋势可如图2。转子定位阶段(图2中①)的作用是确定电机转子的初始位置，目的是电机静止时转子每次可以从一个固定的位置启动。一般小功率无刷直流电机在轻载条件下，会采用磁制动转子定位方式。通过导通电机三相中的任意两相，其在电机内部形成的磁通就能在一定时间内将电机转子强行吸引到其磁通方向上。任意两组绕组上的通电时间和PWM占空比可标定。

外同步开环加速阶段(图2中②)的作用是人为的改变电机的外施电压或换相信号，使电机由静止逐步增加转速。在转子定位成功后，必须人为的改变电机的外施电压和换相信号来驱动电机做加速运动，其目的是加速到反电动势强度能够被用来检测过零点要求的速度。通常在实际应用中，需要依据具体电机特性和负载设定加速曲线来控制换相信号的切换频率和PWM占空比大小。运行状态切换至自同步运行状态(图2中③)的作用是在电机达到要求的转速后，由外同步开环加速阶段切换到自同步电机闭环控制运行阶段。当电机通过外同步加速阶段达到一定的转速后，反电动势信号可以准确检测，通过判断其特征信号点(称为过零点)来触发电机换相的驱动方式来替代人为设定的换相频率，同时通过闭环对电流、转速、扭矩或位置等目标进行调节。这一步是关键也是比较难实现的一步，过早或过晚的切换易导致控制失步和启动失败，从而发生堵转或过流事件。

现有技术方案中多采用如下两种切换方法。一种是通过离线标定确定可切换的电机转速，当达到这一转速时即可进行切换。另一种，通过试验检测出达到预定切换转速的时间，通过软件定时器计数到切换时间时即可进行切换。现有技术提供的两种技术方案中切换的成功率严重依赖离线标定和试验的精确性，且只对特定负载特定工况较为适用。然而在实际应用时，电机和负载特性会受环境(供电电压和温度)影响，电机本体也有其差异性，因此现有技术提出的方案会存在以下不足之处：

依赖精确标定：所有标定的精确性受测试设备性能、测试对象和测试人员实际操作影响。例如，在双离合自动变速箱液压控制系统油泵电机应用中，电机已经被集成在变速箱阀体内，其转速无法实测。控制器采用直接连接阀体接插件的方式，其三相电流也无法实测；

工况覆盖不全：所有标定都只能在特定负载和测试条件下完成，考虑到成本、时间和技术限制，全应用工况和全环境工况下每个工作点的标定很难完全实现。例如，在双离合自动变速箱液压控制系统油泵电机应用中，全应用工况需要考虑油压(0～83bar)、4个拨叉和2个离合器的组合动作。全环境工况包括油温(－40度～125度)和供电电压(10.5V～14.8V，含稳态和波动)，全应用工况和全环境工况组合过于复杂；

鲁棒性差：实际系统运行时还会受到其他因素影响，如电机本体差异、老化、振动、电磁干扰、负载非预期变化等。例如，在变速箱液压控制系统油泵电机应用中，电机工艺无法保证所有批次的产品性能一致，存在各种上下偏差和老化，相同的标定参数会产生不同的控制结果。油路中也可能混入杂质造成负载的偶然变化，原标定参数无法自适应这类扰动。