永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)以及定位和偏差消除方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于混合增量式編碼器的永磁同步電機(jī)的伺服系統(tǒng)以及定位和偏差消除方法。本發(fā)明的伺服系統(tǒng)主要包括初始搜索判斷單元、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元、變步長搜索計(jì)算單元、霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元、誤差修正單元以及電流給定計(jì)算單元。通過本發(fā)明的定位和偏差消除方法可以迅速準(zhǔn)確地確定永磁同步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始位置角，在電機(jī)運(yùn)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)60°電角度就平滑修正一次轉(zhuǎn)子位置，大大提高了定位精度。
【專利說明】
永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)以及定位和偏差消除方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于混合增量式編碼器的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)以及定位和偏差消除方法。
【背景技術(shù)】
[0002]獲得精確的轉(zhuǎn)子位置是實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)高性能矢量控制的前提，目前大多數(shù)永磁同步電機(jī)伺服都是采用機(jī)械傳感器來獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息，其中使用最多的就是光電編碼器，按照脈沖的計(jì)數(shù)方式不同可分為絕對(duì)式、增量式和混合式，混合式增量式編碼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快、體積小、能夠檢測(cè)電機(jī)的初始位置，應(yīng)用最為廣泛;而絕對(duì)式光電脈沖編碼器價(jià)格昂貴，分辨率遠(yuǎn)不如增量式光電脈沖編碼器。
[0003]混合式增量式編碼器雖然可以根據(jù)霍爾信號(hào)的組合狀態(tài)大致估算出永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置在一個(gè)60°的電角度內(nèi)，但是卻無法得出確切的角度位置，因此只能進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置的粗略檢測(cè)，使用該方法進(jìn)行啟動(dòng)會(huì)存在一個(gè)正負(fù)30°電角度的誤差，且轉(zhuǎn)子位置誤差需要等到編碼器Z脈沖(編碼器碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生A、B和Z信號(hào)，A和B存在90°相位差，用以產(chǎn)生正交脈沖信號(hào)，測(cè)定位置增量;Z信號(hào)每轉(zhuǎn)一周觸發(fā)一個(gè)Z脈沖，用來做基準(zhǔn)校準(zhǔn))出現(xiàn)時(shí)才能夠消除。而Z脈沖需要電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈才會(huì)出現(xiàn)，永磁同步伺服電機(jī)在位置控制模式下旋轉(zhuǎn)的角度有時(shí)達(dá)不到一圈，而且在Z脈沖出現(xiàn)的時(shí)候，強(qiáng)制校正電機(jī)的角度，可能會(huì)造成電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角度突變。
[0004]而且對(duì)于傳統(tǒng)零位偏差校準(zhǔn)(S卩Z位置校準(zhǔn))采用的方法是強(qiáng)迫定位校準(zhǔn)法，即對(duì)電機(jī)施加一個(gè)固定方向的電流矢量，迫使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到零位置，如2015年8月12日公布的專利號(hào)為CN 104836506A的“一種永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子零位校正系統(tǒng)及方法”專利。該方法校準(zhǔn)所需要的時(shí)間比較長，而且在整個(gè)校準(zhǔn)過程中，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)幅度較大，造成機(jī)械沖擊，并且由于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子自身存在的摩擦，加上該方法進(jìn)行零位校準(zhǔn)時(shí)，在接近設(shè)計(jì)零位時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)很小，所以使用該方法會(huì)存在較大的誤差。
[0005]因此，尋找確定永磁同步伺服電機(jī)的初始位置及轉(zhuǎn)子位置誤差校準(zhǔn)的簡(jiǎn)便方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員致力研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單方便的永磁同步電機(jī)快速定位和偏差消除的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)較小幅度的情況下完成永磁同步電機(jī)初始位置的確定，以及轉(zhuǎn)子偏差位置的快速平滑校正。
[0007]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0008]提供一種永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，其特征在于，基于混合增量式編碼器，所述混合增量式編碼器的碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生碼盤脈沖信號(hào)以及霍爾信號(hào)，所述伺服系統(tǒng)包括:
[0009]初始搜索判斷單元，根據(jù)所述霍爾信號(hào)判斷出初始搜索角度和方向；
[0010]電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元，根據(jù)所述碼盤脈沖信號(hào)判斷所述永磁同步電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向；
[0011]變步長搜索計(jì)算單元，與所述初始搜索判斷單元以及所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元連接，以根據(jù)所述初始搜索角度和方向以及所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，搜索出所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置角，來定位所述永磁同步電機(jī)。
[0012]優(yōu)選的，上述的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)還包括霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元，與所述變步長搜索計(jì)算單元連接，以根據(jù)所述轉(zhuǎn)子初始位置角以及所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的霍爾事件，生成霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0013]優(yōu)選的，上述的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)還包括誤差修正單元，與所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元連接，根據(jù)所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系修正所述轉(zhuǎn)子的位置誤差，以消除所述永磁同步電機(jī)的偏差。
[0014]優(yōu)選的，上述的伺服系統(tǒng)還包括電流給定計(jì)算單元，與所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元連接，以根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況調(diào)整給定電流的大小。
[0015]本發(fā)明還提供一種永磁同步電機(jī)的定位方法，基于上述的伺服系統(tǒng)，所述永磁同步電機(jī)采用電流-速度-位置三環(huán)系統(tǒng)控制，其特征在于，所述方法包括:
[0016]步驟一，關(guān)閉所述三環(huán)系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)，保留所述電流環(huán)；
[0017]步驟二，在所述電流給定計(jì)算單元中設(shè)置所述電流環(huán)的給定電流為脈沖方式，脈沖幅值遞增變化；
[0018]步驟三，根據(jù)所述初始搜索角度和方向?qū)λ鲇来磐诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)子位置角進(jìn)行搜索，計(jì)算出所述轉(zhuǎn)子初始位置角，以完成所述永磁同步電機(jī)的定位。
[0019]優(yōu)選的，上述的定位方法，在所述步驟二中，所述給定電流包括轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，給定所述轉(zhuǎn)矩電流為零，所述勵(lì)磁電流以脈沖幅值遞增變化的脈沖方式施加。
[0020]優(yōu)選的，上述的定位方法，所述脈沖幅值按0.2In、0.4In、0.8In、和1?的順序遞增；
[0021]其中，In為所述永磁同步電機(jī)的額定電流。
[0022]優(yōu)選的，上述的定位方法，在所述步驟三中，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子初始位置角的步驟還包括:
[0023]步驟31，根據(jù)所述初始搜索角度和方向完成一次轉(zhuǎn)子位置角搜索后，所述電流給定計(jì)算單元施加給定電流；
[0024]步驟32，當(dāng)所述給定電流的作用時(shí)間結(jié)束后，所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向；
[0025]步驟33，所述變步長搜索計(jì)算單元根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及所述初始搜索角度和方向，判斷當(dāng)前變步長搜索角度和方向；
[0026]步驟34，重復(fù)步驟31和32，直到所述給定電流達(dá)到最大幅值且作用時(shí)間結(jié)束后，所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元判斷出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榱悖瑒t所述變步長搜索計(jì)算單元計(jì)算出此時(shí)所述轉(zhuǎn)子初始位置角，以完成所述永磁同步電機(jī)的定位。
[0027]優(yōu)選的，上述的定位方法，在所述步驟33中，判斷所述當(dāng)前變步長搜索角度和方向的步驟包括:
[0028]若所述初始搜索方向與所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，保持所述初始搜索方向和初始搜索角度的步長不變；
[0029]若所述初始搜索方向與所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，改變所述初始搜索方向并將所述初始搜索角度的步長減半，以生成所述當(dāng)前變步長搜索角度和方向。
[0030]本發(fā)明還提供一種永磁同步電機(jī)的偏差消除方法，包括上述的定位方法，其特征在于，所述偏差消除方法還包括:
[0031]步驟四，完成定位后，將所述永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)切換到電流-速度-位置三環(huán)系統(tǒng)，啟動(dòng)所述永磁同步電機(jī)，當(dāng)發(fā)生霍爾事件時(shí)，所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元根據(jù)計(jì)算規(guī)則，生成包含偏差角度的所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0032]步驟五，所述誤差修正單元將所述偏差角度補(bǔ)償?shù)剿鲇来磐诫姍C(jī)的下一個(gè)霍爾事件中，以修正轉(zhuǎn)子的位置誤差，并等待下一個(gè)霍爾事件發(fā)生；
[0033]步驟六，重復(fù)步驟四和步驟五，直到所述偏差角度減小為零，以完成所述永磁同步電機(jī)的偏差消除。
[0034]優(yōu)選的，上述的偏差消除方法中，每發(fā)生一次霍爾事件，所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)60°電角度。
[0035]優(yōu)選的，上述的偏差消除方法，在所述步驟四中，生成所述偏差角度的計(jì)算規(guī)則為:
[0036]λ θρ= ( Δ 9*wi)/(60*Ts)
[0037]其中，Δθρ為需要補(bǔ)償?shù)钠罱嵌龋?br>[0038]ΔΘ為霍爾事件發(fā)生時(shí)的總偏差；
[0039]Wi為發(fā)生霍爾事件時(shí)所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0040]Ts為所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角的計(jì)算周期。
[0041]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果:本發(fā)明通過軟件方案的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)啟動(dòng)初始角檢測(cè)和轉(zhuǎn)子位置誤差的快速平滑校正，本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單快捷、無需增加額外成本，定位準(zhǔn)確度高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作小。
【附圖說明】
[0042]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0043]圖1是永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的示意圖；
[0044]圖2是永磁同步電機(jī)電流閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)框圖；
[0045]圖3是勵(lì)磁電流脈沖給定示意圖；
[0046]圖4是搜索角度計(jì)算與脈沖電流給定關(guān)系圖；
[0047]圖5是轉(zhuǎn)子位置角存在誤差情況下的q7軸坐標(biāo)系與理論dq坐標(biāo)系之間關(guān)系圖；
[0048]圖6是霍爾事件對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置校正前后對(duì)比示意圖；
[0049]圖7是轉(zhuǎn)子位置誤差平滑補(bǔ)償示意圖；
[°05°]圖8是電流矢量搜索示意圖；
[0051 ]圖9是HALLl、HALL2及HALL3型號(hào)組合與搜索初始角度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0052]本發(fā)明的永磁同步電機(jī)的伺服系統(tǒng)包括初始搜索判斷單元、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元、變步長搜索計(jì)算單元、霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元、誤差修正單元以及電流給定計(jì)算單元。
[0053]本發(fā)明的永磁同步電機(jī)的定位和偏差消除方法具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0054]在永磁同步伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中采用電流閉環(huán)控制方式，采用電流閉環(huán)控制方式可以提高電機(jī)的機(jī)械特性。在電流環(huán)閉環(huán)中轉(zhuǎn)矩電流iq給定設(shè)置為O;勵(lì)磁電流id給定以脈沖的方式進(jìn)行施加，脈沖幅值按0.21?、0.41?、0.8111、和111的遞增順序變化，111為電機(jī)的額定電流，脈沖的幅值增大的條件為在某搜索角度下，施加當(dāng)前幅值的脈沖，電機(jī)不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0055]變步長搜索的初始角度根據(jù)混合增量式編碼器的霍爾信號(hào)(UVW信號(hào))組合狀態(tài)判斷。UVW信號(hào)用來給轉(zhuǎn)子做初始定位，這三個(gè)信號(hào)脈沖互差120°電角度，因此在一個(gè)電角度周期內(nèi)UVW三個(gè)信號(hào)的輸出組成6個(gè)狀態(tài)(扇區(qū))，每個(gè)扇區(qū)60°電角度。例如優(yōu)選的，本發(fā)明的變步長搜索的初始角度可選擇UVW所確定扇區(qū)的后邊沿;初始搜索方向?yàn)轫槙r(shí)針方向(即向著所確定扇區(qū)的前邊沿變化)；搜索的初始角度設(shè)為15° ;
[0056]在完成一次轉(zhuǎn)子位置角搜索后，將該位置角度提供給帕克變換(PARK)和逆帕克變換(IPARK)計(jì)算模塊，并給d軸施加給定電流脈沖，脈沖作用時(shí)間t;當(dāng)脈沖的作用時(shí)間到后，根據(jù)混合編碼器碼盤讀數(shù)變化，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，結(jié)合電機(jī)之前施加的轉(zhuǎn)子位置角度和搜索方向、搜索步長調(diào)整得到當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置角度的搜索方向及搜索步長。確定原則為:如果搜索方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)橄喾矗瑒t保持搜索方向不變，搜索步長不變，計(jì)算下一個(gè)轉(zhuǎn)子位置搜索角度;如果搜索方向與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，則說明搜索步長過大，應(yīng)將搜索步長減半，并改變搜索方向，計(jì)算下一個(gè)轉(zhuǎn)子位置搜索角度;得到新的轉(zhuǎn)子位置角度后重復(fù)上述步驟施d軸脈沖給定電流，判斷碼盤讀數(shù)變化；
[0057]當(dāng)d軸施加給定脈沖幅值達(dá)到最大值，且脈沖電流作用時(shí)間到后，碼盤讀數(shù)仍然未變化，則認(rèn)為轉(zhuǎn)子初始位置定位結(jié)束。在完成電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置定位后啟動(dòng)電機(jī)，當(dāng)發(fā)生第一次霍爾事件時(shí)，根據(jù)當(dāng)前霍爾事件對(duì)應(yīng)的理論轉(zhuǎn)子位置角和計(jì)算所得到的當(dāng)前位置角來計(jì)算編碼器的安裝誤差角度，并校正其他霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角度對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于電機(jī)啟動(dòng)后轉(zhuǎn)動(dòng)位置較小，此時(shí)認(rèn)為計(jì)算所得到的位置角為準(zhǔn)確角度。
[0058]電機(jī)正常運(yùn)行后根據(jù)每次霍爾事件發(fā)生時(shí)，以修正后霍爾事件對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置角度校正程序中計(jì)算得到的位置角度，為防止轉(zhuǎn)子位置突變，在計(jì)算出誤差角度后將其平滑地補(bǔ)償?shù)较乱粋€(gè)60°電角度內(nèi)。由于在一個(gè)60°電角度內(nèi)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化很小，所以以霍爾事件發(fā)生時(shí)的角速度作為電機(jī)在下一個(gè)60°電角度內(nèi)的速度，計(jì)算出在每個(gè)轉(zhuǎn)子角度計(jì)算周期內(nèi)的位置補(bǔ)償大小，電機(jī)每轉(zhuǎn)60°電角度，該轉(zhuǎn)子位置補(bǔ)償角度更新一次。
[°°59] 位置補(bǔ)償?shù)挠?jì)算公式Δ θρ= ( Δ 0*Wi)/(60*TS)
[0000]校正后的轉(zhuǎn)子位置θ =當(dāng)前計(jì)算位置+Δ θρ
[0061]W1為電機(jī)發(fā)生霍爾事件是的電機(jī)轉(zhuǎn)速，TS為電機(jī)位置角的計(jì)算周期，ΔΘ為霍爾事件發(fā)生時(shí)的總的誤差，A θρ為每個(gè)位置角計(jì)算周期的補(bǔ)償值。
[0062]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的永磁同步電機(jī)的伺服系統(tǒng)以及定位和偏差消除方法作詳細(xì)說明。
[0063]實(shí)施例一:
[0064]本發(fā)明的永磁同步電機(jī)的伺服系統(tǒng)，基于混合增量式編碼器，混合增量式編碼器的碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生碼盤脈沖信號(hào)以及霍爾信號(hào)，參照?qǐng)D1，本發(fā)明的伺服系統(tǒng)包括:
[0065]初始搜索判斷單元，根據(jù)霍爾信號(hào)判斷出初始搜索角度和方向；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元，根據(jù)碼盤脈沖信號(hào)判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向；變步長搜索計(jì)算單元，與初始搜索判斷單元以及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元連接，以根據(jù)初始搜索角度和方向以及電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，搜索出永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置角，從而定位永磁同步電機(jī);霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元，與變步長搜索計(jì)算單元連接，以根據(jù)轉(zhuǎn)子初始位置角生成霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系;誤差修正單元，與霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元連接，根據(jù)霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系修正轉(zhuǎn)子的位置誤差，來消除永磁同步電機(jī)的偏差。
[0066]優(yōu)選的，本發(fā)明的伺服系統(tǒng)還包括電流給定計(jì)算單元，與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元連接，以根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況調(diào)整給定電流的大小。
[0067]實(shí)施例二:
[0068]參照?qǐng)D2?圖9，本發(fā)明的永磁同步電機(jī)的定位和偏差消除方法【具體實(shí)施方式】為:
[0069]本實(shí)施例采用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)(IPMSM)，利用電流-速度-位置三環(huán)系統(tǒng)控制，在定位轉(zhuǎn)子初始位置的過程中優(yōu)選采用電流閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，也即關(guān)閉三環(huán)系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)，僅保留電流環(huán)，具體的控制結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2中的id遞增給定表即為圖3所示的勵(lì)磁電流(id)脈沖給定方式，id*為當(dāng)前給定的一個(gè)勵(lì)磁電流，iq*為當(dāng)前給定的一個(gè)轉(zhuǎn)矩電流;d軸電流調(diào)節(jié)器和q軸電流調(diào)節(jié)器分別為勵(lì)磁電流id所在的d軸和轉(zhuǎn)矩電流iq所在的q軸的電流調(diào)節(jié)器。Clark變換將三相繞組上的電壓回路方程式簡(jiǎn)化成兩相繞組上的電壓回路方程式，從三相定子A-B-C坐標(biāo)系變換為兩相定子α-β坐標(biāo)系;但Clark變換后，轉(zhuǎn)矩依然依靠轉(zhuǎn)子通量，因此再進(jìn)行Park變換，變換后的坐標(biāo)系以轉(zhuǎn)子相同的速度旋轉(zhuǎn)，且d軸與轉(zhuǎn)子磁通位置相同，則轉(zhuǎn)矩表達(dá)式僅與誤差角度Θ有關(guān)。這樣就將三相電流iA、iB、ic投影等效到d、q軸上。PffM調(diào)制為脈沖寬度調(diào)制，利用微處理器的數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制。
[0070]轉(zhuǎn)子定位過程中設(shè)定電流環(huán)iq給定為O，id按規(guī)定如圖3所示脈沖方式進(jìn)行給定。由于初始定位過程中搜索角度與實(shí)際轉(zhuǎn)子位置存在一個(gè)誤差角度Θ，如圖5所示，所以定子電流在q軸方向上存在轉(zhuǎn)矩分量V q，從而使電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0071]SI，當(dāng)電機(jī)控制系統(tǒng)上電后，首先根據(jù)所檢測(cè)到的霍爾信號(hào)組合狀態(tài)，由圖9確定出變步長搜索的初始角度(圖9是根據(jù)具體混合編碼器型號(hào)設(shè)定的HALL(霍爾)1、HALL(霍爾)2及HALL(霍爾)3型號(hào)組合與搜索初始角度的關(guān)系)，設(shè)定電流環(huán)iq給定為0，id以脈沖方式給定，脈沖初始幅值設(shè)置為0.2In，脈沖作用時(shí)間設(shè)置為10ms，脈沖給定示意圖如圖3所示。本發(fā)明優(yōu)選將變步長搜索的初始角度設(shè)置為UVW所確定扇區(qū)的后邊沿;初始搜索方向?yàn)轫槙r(shí)針方向(即向著所確定扇區(qū)的前邊沿變化);搜索的初始角度設(shè)為15° ο例如是第一次進(jìn)行變步長搜索，則將位置角初始搜索步長設(shè)置為15°，搜索方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，如圖8所示，以第I分區(qū)為例，即從60°向0°方向變化。
[0072]S2，讀取電機(jī)碼盤讀數(shù)變化情況，并根據(jù)上次的搜索方向及搜索角度步長確定當(dāng)前的搜索方向及搜索角度步長。設(shè)定電機(jī)讀數(shù)增大時(shí)，電機(jī)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，減小時(shí)，為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果變步長搜索方向與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相同，就將搜索步長減半，搜索方向改變；否則按照原有的步長和方向繼續(xù)搜索;在得到搜索角度后，施加SI中所述的脈沖給定電流，搜索角度計(jì)算與脈沖給定電流施加的順序如圖4所示。
[0073]S3，如果在5個(gè)轉(zhuǎn)子位置計(jì)算周期內(nèi)碼盤讀數(shù)未發(fā)生變化(本實(shí)施例中搜索5次后無限接近轉(zhuǎn)子位置)，在脈沖作用時(shí)間到后將勵(lì)磁電流id的給定脈沖幅值按照預(yù)定順序設(shè)為下一個(gè)值，當(dāng)id的設(shè)定值已經(jīng)達(dá)到了額定電流1?后，則表明電機(jī)定位已精確，電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置定位結(jié)束，將控制結(jié)構(gòu)切換到正常的電流-速度-位置三閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，否則重復(fù)步驟S2，S3。
[0074]S4，電機(jī)初始位置定位結(jié)束后，啟動(dòng)電機(jī)，并等待霍爾事件的發(fā)生，當(dāng)?shù)谝淮位魻柺录l(fā)生時(shí)，計(jì)算此時(shí)程序中計(jì)算得到的轉(zhuǎn)子位置角與霍爾事件對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置之間的誤差，并使用該誤差角度對(duì)霍爾事件對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置角度的關(guān)系進(jìn)行修正，修正后的霍爾位置如圖6所示。
[0075]S5，電機(jī)正常工作后，每發(fā)生一次霍爾事件時(shí)，即表明電機(jī)運(yùn)行了60°電角度，檢測(cè)計(jì)算位置角與修正后的霍爾事件對(duì)應(yīng)位置角之間的誤差，并根據(jù)當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)子位置角的計(jì)算周期計(jì)算在每個(gè)計(jì)算周期內(nèi)轉(zhuǎn)子位置角的補(bǔ)償值，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的平滑補(bǔ)償，補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)子角度如圖7所示，Q1為經(jīng)校正后準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位置角，θ2為當(dāng)前程序中計(jì)算所得到的角度，A Θ為當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置誤差角度。
[0076]綜上所述，本發(fā)明公布了一種基于混合增量式編碼器的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的簡(jiǎn)單方便快速精確的定位方法。通過該方法可以迅速準(zhǔn)確地確定永磁同步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的初始位置角，且在電機(jī)運(yùn)行過程中能夠?qū)崿F(xiàn)伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)60°電角度就平滑修正一次轉(zhuǎn)子位置，大大提高了定位精度。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單快捷、無需增加額外成本，定位準(zhǔn)確度高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作小。
[0077]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0078]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施;任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，其特征在于，基于混合增量式編碼器，所述混合增量式編碼器的碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生碼盤脈沖信號(hào)以及霍爾信號(hào)，所述永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)包括: 初始搜索判斷單元，根據(jù)所述霍爾信號(hào)判斷出初始搜索角度和方向； 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元，根據(jù)所述碼盤脈沖信號(hào)判斷所述永磁同步電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向； 變步長搜索計(jì)算單元，與所述初始搜索判斷單元以及所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元連接，以根據(jù)所述初始搜索角度和方向以及所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，搜索出所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置角，來定位所述永磁同步電機(jī)。2.如權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，其特征在于，還包括霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元，與所述變步長搜索計(jì)算單元連接，以根據(jù)所述轉(zhuǎn)子初始位置角以及所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的霍爾事件，生成霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.如權(quán)利要求2所述的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，其特征在于，還包括誤差修正單元，與所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元連接，根據(jù)所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系修正所述轉(zhuǎn)子的位置誤差，以消除所述永磁同步電機(jī)的偏差。4.如權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，其特征在于，還包括電流給定計(jì)算單元，與所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元連接，以根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況調(diào)整給定電流的大小。5.—種永磁同步電機(jī)的定位方法，基于權(quán)利要求1-4所述的永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，所述永磁同步電機(jī)采用電流-速度-位置三環(huán)系統(tǒng)控制，其特征在于，所述定位方法包括: 步驟一，關(guān)閉所述三環(huán)系統(tǒng)的位置環(huán)和速度環(huán)，保留所述電流環(huán)； 步驟二，在所述電流給定計(jì)算單元中設(shè)置所述電流環(huán)的給定電流為脈沖方式，脈沖幅值遞增變化； 步驟三，根據(jù)所述初始搜索角度和方向?qū)λ鲇来磐诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)子位置角進(jìn)行搜索，計(jì)算出所述轉(zhuǎn)子初始位置角，以完成所述永磁同步電機(jī)的定位。6.如權(quán)利要求5所述的定位方法，其特征在于，在所述步驟二中，所述給定電流包括轉(zhuǎn)矩電流和勵(lì)磁電流，給定所述轉(zhuǎn)矩電流為零，所述勵(lì)磁電流以脈沖幅值遞增變化的脈沖方式施加。7.如權(quán)利要求6所述的定位方法，其特征在于，所述脈沖幅值按0.21?、0.41?、0.81?、和1?的順序遞增； 其中，In為所述永磁同步電機(jī)的額定電流。8.如權(quán)利要求6所述的定位方法，其特征在于，在所述步驟三中，計(jì)算所述轉(zhuǎn)子初始位置角的步驟還包括: 步驟31，根據(jù)所述初始搜索角度和方向完成一次轉(zhuǎn)子位置角搜索后，所述電流給定計(jì)算單元施加給定電流； 步驟32，當(dāng)所述給定電流的作用時(shí)間結(jié)束后，所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元判斷電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向； 步驟33，所述變步長搜索計(jì)算單元根據(jù)所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及所述初始搜索角度和方向，判斷當(dāng)前變步長搜索角度和方向； 步驟34，重復(fù)步驟31和32，直到所述給定電流達(dá)到最大幅值且作用時(shí)間結(jié)束后，所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向判斷單元判斷出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)榱悖瑒t所述變步長搜索計(jì)算單元計(jì)算出此時(shí)所述轉(zhuǎn)子初始位置角，以完成所述永磁同步電機(jī)的定位。9.如權(quán)利要求8所述的定位方法，其特征在于，在所述步驟33中，判斷所述當(dāng)前變步長搜索角度和方向的步驟包括: 若所述初始搜索方向與所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，保持所述初始搜索方向和初始搜索角度的步長不變； 若所述初始搜索方向與所述電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，改變所述初始搜索方向并將所述初始搜索角度的步長減半，以生成所述當(dāng)前變步長搜索角度和方向。10.—種永磁同步電機(jī)的偏差消除方法，其特征在于，包括權(quán)利要求5-9所述的定位方法，所述偏差消除方法還包括: 步驟四，完成定位后，將所述永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)切換到電流-速度-位置三環(huán)系統(tǒng)，啟動(dòng)所述永磁同步電機(jī)，當(dāng)發(fā)生霍爾事件時(shí)，所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角映射單元根據(jù)計(jì)算規(guī)則，生成包含偏差角度的所述霍爾事件與轉(zhuǎn)子位置角對(duì)應(yīng)關(guān)系； 步驟五，所述誤差修正單元將所述偏差角度補(bǔ)償?shù)剿鲇来磐诫姍C(jī)的下一個(gè)霍爾事件中，以修正轉(zhuǎn)子的位置誤差，并等待下一個(gè)霍爾事件發(fā)生； 步驟六，重復(fù)步驟四和步驟五，直到所述偏差角度減小為零，以完成所述永磁同步電機(jī)的偏差消除。11.如權(quán)利要求10所述的偏差消除方法，其特征在于，每發(fā)生一次霍爾事件，所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)60°電角度。12.如權(quán)利要求10所述的偏差消除方法，其特征在于，在所述步驟四中，生成所述偏差角度的計(jì)算規(guī)則為:Δ θρ = ( Δ 0*wi)/(60*TS) 其中，A θρ為需要補(bǔ)償?shù)钠罱嵌龋? A Θ為霍爾事件發(fā)生時(shí)的總偏差； Wi為發(fā)生霍爾事件時(shí)所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速； Ts為所述永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置角的計(jì)算周期。
【文檔編號(hào)】H02K11/215GK105871162SQ201610228545
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月13日
【發(fā)明人】夏銀龍, 李勇
【申請(qǐng)人】上海信耀電子有限公司