CN103401361B - 电机智能化磁编码系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电机智能化磁编码系统及其工作方法，包括电机，磁编码器，控制整个系统的变频控制器，其特征在于，所述磁编码器包括实时测量电机当前角度并进行编码的AS5045和用于存储电机特性参数的EEPROM，变频控制器获得AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息进而控制电机的运行。变频控制器可读取AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息，省去了变频控制器自学习环节，硬件电路处理上，充分利用管脚复用功能，节约能耗，其工作方法也大大提高了整个系统的工作效率。

Description

电机智能化磁编码系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种电机智能化磁编码系统及其工作方法。

背景技术

在电机驱动闭环矢量控制算法中，对电机转速的检测是必不可少的，该信号可通过编码器反馈给控制器，经控制器处理，转换成需要的电机转速、位置等重要信息参数。电机在运行的时候，可通过一种无接触式磁编码器产品AS5045精确测量整个360°范围内的角度，可以精确到0.0879度。

传统的处理方法是，当磁编码器运用在电机驱动控制中用来反馈电机角度信息时，一般设计一块跟电机转轴能配套安装的磁编码器电路板，磁编码器电路板上以AS5045模块为主，磁编码器电路板安装在电机的内部。变频控制器在控制永磁同步电机运行中，需要先对电机自学习，获取电机的零度位置、编码顺序等相关信息后，再根据磁编码器反馈的实时角度信息来进入控制电机的正常运行阶段。但是由于每台永磁同步电机的零度位置不一样，所以变频控制器更换一台不同的电机就必须再次进行自学习，将相关参数存储在变频控制器内部，而不能通过磁编码器直接读取，只要电机更换，电机自学习步骤便不能省略，而且AS5045仅能够反馈当前电机的角度，并通过软件算法转换成速度等信息。如果通过磁编码器获得电机转速、位置参数的同时，能从磁编码器中读取已存储的该电机的特性参数，如电机零度位置、编码顺序、定子电阻、转子电阻、漏感、互感等参数，对于PID调节也有较大的益处，能让同款变频控制器在控制不同类型的电机时都实现良好的运行效果，整个系统的效率也将大大提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种智能化磁编码系统，变频控制器在获得电机转速的同时，能从磁编码器中读取已存储的该电机的特性参数，省去了变频控制器自学习环节，其工作方法大大提高了整个系统的工作效率。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：电机智能化磁编码系统，包括电机，磁编码器，控制整个系统的变频控制器，其特征在于，所述磁编码器包括实时测量电机当前角度并进行编码的AS5045和用于存储电机特性参数的EEPROM，变频控制器获得AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息进而控制电机的运行。

AS5045内部仅有一个12位的存储空间，并且相应位置一旦写入数据后将不能再进行修改，为此，我们在磁编码器上增加一个EEPROM，将需要的电机特性参数存储在EEPROM上，便于读取及修改，变频控制器可读取AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息，省去了变频控制器自学习环节，大大提高了整个系统的工作效率。

进一步的，所述EEPROM可以是24C01或24C02或24C04或24C08或24C16，他们均是系列化的EEPROM产品，管脚都兼容，只是存储容量不一样，可根据实际需要选择。

进一步的，所述AS5045的DO端口、CLK端口、CSN端口分别与变频控制器的DO端口、CLK端口、CSN端口相连，所述EEPROM的DO端口、CLK端口分别与变频控制器的DO端口、CLK端口相连，所述EEPROM的VCC端口通过开关元件与电源相连，变频控制器的CSN端口与开关元件相连并控制开关元件的导通和断开。硬件电路处理上，充分利用管脚复用功能，来节省元器件，减少电路板的整体面积，通过高低信号切换芯片工作状态，从而避免了使两个芯片同时发送数据而导致读取数据混乱的现象，用硬件信号控制芯片工作，在无需其工作的状态下，让其休眠，节约能耗。

进一步的，所述开关元件可以是三极管，三极管的基极与变频控制器的CSN端口相连，三极管的集电极与电源相连，三极管的发射极与存储器的VCC端口相连。

一种上述所述的电机智能化磁编码系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）变频控制器上电，电机停止输出，变频控制器将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成 通用IO口，模拟IIC端口协议，即将CSN端口置高，CLK端口模拟SCL时钟信号给磁编码器的EEPROM，变频控制器读取DO端口EEPROM中反馈的数据；

2）当变频控制器从EEPROM的DO端口收到的数据中的自学习位有效时，表明EEPROM里已经存储有效的电机特性参数值，变频控制器直接读取EEPROM里的零度位置、编码顺序和相应电机特性参数后，控制电机按照需求运行起来；

3）变频控制器通过软件设置将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，即将CSN端口置为低，CLK端口为1MHz的时钟信号，变频控制器读取DO端口AS5045反馈的当前电机角度的数据，用于控制电机的运行；

进一步的，在步骤2）中，当变频控制器从EEPROM的DO端口收到的数据中的自学习位无效时，表明该电机为初次使用的电机，尚无有效的电机特性参数值，变频控制器需要对该电机自学习后将电机特性参数存储在磁编码器的EEPROM中，以便变频控制器再次上电工作时直接读取进而控制电机正常运行；

进一步的，当需要对电机进行自学习时，变频控制器将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，AS5045实时获取电机旋转的特性参数信息并传送给变频控制器用于电机自学习，等自学习完成后，电机停止输出，通过软件设置将变频控制器的CSN端口、CLK端口、DO端口配置成 通用IO口，模拟IIC端口协议，变频控制器将电机特性参数信息存储在磁编码器的EEPROM中，存储完成后，再通过软件设置将变频控制器的CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，继续控制电机的正常运行。

一台变频控制器能直接应用到多种电机上而不需要再对已经自学习过的电机进行自学习，系统的工作效率大大提高，简化了电机的控制和使用，在实际应用中取得了非常好的效果。

本发明的有益效果是：变频控制器在获得电机转速的同时，能从磁编码器中读取已存储的该电机的特性参数，省去了变频控制器自学习环节，其工作方法大大提高了整个系统的工作效率，一台变频控制器能直接应用到多种电机上而不需要再对已经自学习过的电机进行自学习。

附图说明

图1为本发明智能化磁编码系统的结构框图；

图2为本发明智能化磁编码系统一个实施例的电路原理图；

图3为本发明智能化磁编码系统变频控制器读取AS5045的时钟信号图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，电机智能化磁编码系统，包括电机，磁编码器，控制整个系统的变频控制器，磁编码器包括实时测量电机当前角度并进行编码的AS5045和用于存储电机特性参数的EEPROM，变频控制器获得AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息进而控制电机的运行。变频控制器可以向EEPROM读取或写入电机特性参数，其中EEPROM可以是24C01或24C02或24C04或24C08或24C16，他们均是是系列化的EEPROM产品，管脚都兼容，只是存储容量不一样，可根据实际需要选择。由于AS5045内部仅有一个12位的存储空间，并且相应位置一旦写入数据后将不能再进行修改，而在磁编码器上增加一个EEPROM，便可将需要的电机特性参数存储在EEPROM上，便于读取及修改，变频控制器可读取AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息，省去了变频控制器自学习环节，大大提高了整个系统的工作效率。

图2是系统电路连接的一个实施例，其中EEPROM为24C02，其中AS5045的DO端口、CLK端口、CSN端口分别与变频控制器的DO端口、CLK端口、CSN端口相连，EEPROM的DO端口、CLK端口分别与变频控制器的DO端口、CLK端口相连， EEPROM的VCC端口通过开关元件与电源相连，变频控制器的CSN端口与开关元件相连并控制开关元件的导通和断开。其中开关元件可以是三极管、MOS管、IGBT管等，图2显示的是三极管，三极管的基极与变频控制器的CSN端口相连，三极管的集电极与电源相连，三极管的发射极与存储器的VCC端口相连。硬件电路处理上，充分利用管脚复用功能，来节省元器件，减少电路板的整体面积，通过高低信号切换芯片工作状态，从而避免了使两个芯片同时发送数据而导致读取数据混乱的现象，用硬件信号控制芯片工作，在无需其工作的状态下，让其休眠，节约能耗。

一种上述所述的电机智能化磁编码系统的工作方法，包括以下步骤：

1）变频控制器上电，电机停止输出，变频控制器将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成 通用IO口，模拟IIC端口协议，即将CSN端口置高，CLK端口模拟SCL时钟信号给磁编码器的EEPROM，变频控制器读取DO端口EEPROM中反馈的数据；

2）当变频控制器从EEPROM的DO端口收到的数据中的自学习位有效时，表明EEPROM里已经存储有效的电机特性参数值，变频控制器直接读取EEPROM里的零度位置、编码顺序和相应电机特性参数后，控制电机按照需求运行起来；

3）变频控制器通过软件设置将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，即将CSN端口置为低，CLK端口为1MHz的时钟信号，变频控制器读取DO端口AS5045反馈的当前电机角度的数据，用于控制电机的运行；变频控制器读取AS5045的时钟信号图如图3所示。

在步骤2）中，当变频控制器从EEPROM的DO端口收到的数据中的自学习位无效时，表明该电机为初次使用的电机，尚无有效的电机特性参数值，变频控制器需要对该电机自学习后将电机特性参数存储在磁编码器的EEPROM中，以便变频控制器再次上电工作时直接读取进而控制电机正常运行；

当需要对电机进行自学习时，变频控制器将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，AS5045实时获取电机旋转的特性参数信息并传送给变频控制器用于电机自学习，等自学习完成后，电机停止输出，通过软件设置将变频控制器的CSN端口、CLK端口、DO端口配置成 通用IO口，模拟IIC端口协议，变频控制器将电机特性参数信息存储在磁编码器的EEPROM中，存储完成后，再通过软件设置将变频控制器的CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，继续控制电机的正常运行。一台变频控制器能直接应用到多种电机上而不需要再对已经自学习过的电机进行自学习，系统的工作效率大大提高，简化了电机的控制和使用，在实际应用中取得了非常好的效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.电机智能化磁编码系统，包括电机，磁编码器，控制整个系统的变频控制器，其特征在于，所述磁编码器包括实时测量电机当前角度并进行编码的AS5045和用于存储电机特性参数的EEPROM，变频控制器获得AS5045反馈的电机当前角度信息和EEPROM的电机特性参数信息进而控制电机的运行；

所述AS5045的DO端口、CLK端口、CSN端口分别与变频控制器的DO端口、CLK端口、CSN端口相连，所述EEPROM的DO端口、CLK端口分别与变频控制器的DO端口、CLK端口相连，所述EEPROM的VCC端口通过开关元件与电源相连，变频控制器的CSN端口与开关元件相连并控制开关元件的导通和断开。

2.根据权利要求1所述的电机智能化磁编码系统，其特征在于，所述EEPROM是24C01或24C02或24C04或24C08或24C16。

3.根据权利要求2所述的电机智能化磁编码系统，其特征在于，所述开关元件是三极管，三极管的基极与变频控制器的CSN端口相连，三极管的集电极与电源相连，三极管的发射极与存储器的VCC端口相连。

4.一种如权利要求1所述的电机智能化磁编码系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）变频控制器上电，电机停止输出，变频控制器将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成 通用IO口，模拟IIC端口协议，即将CSN端口置高，CLK端口模拟SCL时钟信号给磁编码器的EEPROM，变频控制器读取DO端口EEPROM中反馈的数据；

2）当变频控制器从EEPROM的DO端口收到的数据中的自学习位有效时，表明EEPROM里已经存储有效的电机特性参数值，变频控制器直接读取EEPROM里的零度位置、编码顺序和相应电机特性参数后，控制电机按照需求运行起来；

3）变频控制器通过软件设置将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，即将CSN端口置为低，CLK端口为1MHz的时钟信号，变频控制器读取DO端口AS5045反馈的当前电机角度的数据，用于控制电机的运行。

5.根据权利要求4所述的电机智能化磁编码系统的工作方法，其特征在于，在步骤2）中，当变频控制器从EEPROM的DO端口收到的数据中的自学习位无效时，表明该电机为初次使用的电机，尚无有效的电机特性参数值，变频控制器需要对该电机自学习后将电机特性参数存储在磁编码器的EEPROM中，以便变频控制器再次上电工作时直接读取进而控制电机正常运行；

当需要对电机进行自学习时，变频控制器将CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，AS5045实时获取电机旋转的特性参数信息并传送给变频控制器用于电机自学习，等自学习完成后，电机停止输出，通过软件设置将变频控制器的CSN端口、CLK端口、DO端口配置成 通用IO口，模拟IIC端口协议，变频控制器将电机特性参数信息存储在磁编码器的EEPROM中，存储完成后，再通过软件设置将变频控制器的CSN端口、CLK端口、DO端口配置成SPI功能模块端口，继续控制电机的正常运行。