永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109831137A(43)申请公布日2019.05.31(21)申请号201910068623.5(22)申请日2019.01.24(71)申请人中国科学院电工研究所地址100190北京市海淀区中关村北二条6号(72)发明人张剑颜朝鹏彭萌李文善温旭辉(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人关玲(51)Int.Cl.H02P21/18(2016.01)H02P21/32(2016.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法(57)摘要一种永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，利用永磁同步电机编码器感应齿轮随着电机转子旋转时，设置有磁感应芯片的感应头检测出电机转子轴转动过的角度，并输出三路A、B、Z信号，基于对上述信号的处理，将电机转子位置角θ分解为转子初始位置角θ0和增量位置角θΔ两部分。利用高速AD采样电路对两个计数脉冲之间所对应的空间位置进行精细划分，减小了对整数脉冲计算所带来的位置角的量化误差，实现了对电机转子增量位置角θΔ的高精度计算；将电机转子位置初始角θ0的估计值设为零，通过示波器读取电机转子位置角θ和uBC两路模拟信号的相位差，经过计算即可完成电机转子位置初始角θ0的标定。CN109831137ACN109831137A权利要求书1/2页1.一种永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：所述的方法利用永磁同步电机编码器感应齿轮随着电机转子旋转时，设置有磁感应芯片的感应头检测出电机转子轴转动过的角度，并输出三路A、B、Z信号，基于对上述信号的处理，计算转子位置增量角度θΔ，标定转子位置初始角度θ0，计算转子位置角θ，进行转子位置检测及初始位置标定结果的校验。2.按照权利要求1所述的永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：所述的计算转子位置增量角度θΔ的方法为：每隔固定的周期Ts获取一次所述的转子位置增量角度θΔ，每次获取转子位置增量角度θΔ过程均经历粗定位和精细定位两个阶段，在两个阶段分别完成整量角度值θΔI和分量角度值θΔF的计算；上述转子位置增量角度θΔ获取过程的起点为检测到编码器输出的零位Z信号的时刻，检测到Z信号后首先需要对脉冲计数值M进行清零操作；计算粗定位阶段完成整量角度值θΔI的具体方法为：增量式齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层上的齿转过感应头后，产生A、B两路相位互差π/2的正交弦波信号；假设齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层齿数为N，则感应齿轮每旋转1圈编码器输出2路正交的、包含N个完整周期的弦波信号，该信号经过电路整形后变为两路正交的数字方波信号数字方波信号输入DSP的QEP电路进行4倍频后对应4N个计数脉冲信号，假设主中断周期为Ts，在主中断程序中通过读取DSP的QEP计数寄存器，得到的脉冲计数值为M，则整量角度值θΔI的计算公式为：计算精细定位阶段完成分量角度值θΔF的具体方法为：分量角度值θΔF定义为进行转子位置计算时刻之前最后一次产生的计数脉冲所对应的转子位置与当前转子所处实际位置间的角度差，其物理意义为编码器输出最后一个计数脉冲后转子又转过的不足整数脉冲所对应角度的微小角度值；在主中断程序中完成整量角度值θΔI的计算后，马上启动电机控制器DSP的高速AD采样程序，对齿轮编码器输出的两路正交的弦波信号A、B在同一时刻进行采样，将采样得到的结果作商得到对上式求反正切得到两路正交弦波信号的相位Θ；Θ与所需要得到的θΔF具有对应关系，正交的弦波信号A、B经电路整形后得到正交的数字方波信号根据采样时刻数字信号的编码情况查表得到θΔF＝Θ或者θΔF＝Θ+π/2；根据前述获取的整量角度值θΔI和分量角度值θΔF，完成转子位置增量角度θΔ的计算，计算公式为：θΔ＝θΔI+θΔF。3.按照权利要求1所述的永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：所述的标定转子位置初始角度θ0的方法如下：所述的转子位置初始角度θ0的检测在编码器安装到电机上之后进行，除非更换或重新安装齿轮编码器，否则上述过程只需进行一次，转子位置初始角度θ0的检测原理分析如下：电机定子的线电压可以表示为：uBC＝kλ×cosθ，线电压uBC呈现余弦变化规律；如果电机转子位置角θ计算正确，则上式成立，θ与uBC的波形具有下述规律：θ＝0时uBC取正向最大值，θ＝π时uBC取负向最大值；2CN109831137A权利要求书2/2页设定θ0的估计值并将偏离θ0的误差记为则以代替θ0进行电机转子位置角θ的计算所产生的计算误差将完全由决定；将代入θ＝θ0+θΔ，得到：通过调整的数值，使得θ与uBC的波形满足规律：θ＝0时uBC取正向最大值，θ＝π