CN104767467B - 一种电机机械零点的校准方法 - Google Patents

Abstract

一种电机机械零点的校准方法，该方法基于极对数为n的电机，对电机的定子设置初始电角度，并且对该电机的直轴分量注入电流，定子产生的磁场将电机的转子吸附到初始电角度位置，记录电机中当前编码器的绝对位置值，停止对电机直轴分量注入电流，延时时间T后使电机进入速度控制模式，延时时间K后获取电机当前速度，如果电机速度和目标速度误差在阈值范围内，电机速度正常，则将步骤二中记录的编码器绝对位置值存入缓冲池内作为有效值，重复得到8*n个有效值，通过对有效值进行分析得到电机的机械零点。本发明能够得到精确的电机机械零点，保证电机稳定准确的输出。

Description

一种电机机械零点的校准方法

技术领域

本发明涉及一种机械零点的校准方法，具体地说是一种主要应用在两轮平衡车上的电机的机械零点的校准方法。

背景技术

编码器作为伺服电机的速度位置反馈传感器，对电机控制起着关键性作用。伺服电机在启动时，必须知道电机的初始电角度，通过编码器所反映的转子位置可以计算得出，但前提是需要知道电机的机械零点所对应的编码器数值。目前获取电机机械零点的方式，获取得到的机械零点往往不够精确，导致电机的速度输出不是很稳定。尤其是当电机应用在两轮平衡车上时，如果初始的电机机械零点不精确，会导致整车输出速度不稳定，影响车子的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电机机械零点的校准方法，能够得到精确的机械零点，使电机对速度控制稳定，保证准确的输出。

为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种电机机械零点的校准方法，该方法基于极对数为n的电机，包括以下步骤：

S1，对电机的定子设置初始电角度，并且对该电机的直轴分量注入电流，定子产生的磁场将电机的转子吸附到初始电角度位置；

S2，记录电机中当前编码器的绝对位置值，并且将电机MCU的增量式编码器接口对应的寄存器的值设为初始电角度的数值；

S3，停止对定子的直轴分量注入电流，然后延时时间T，将电机的控制方式转换为速度控制模式，延时时间K后，获取电机的当前速度；

S4，将电机的当前速度与预设的电机目标速度进行对比，查看该电机的当前速度与目标速度之差是否在阈值范围内；

S5，若在，则电机的当前速度正常，将步骤S2中的编码器的绝对位置值存入缓冲池内作为有效值；若不在，则电机的当前速度不正常，舍弃步骤2中的编码器的绝对位置值，并返回步骤1；

S6，重复步骤S1～S5，直至得到8*n个有效值，对存储好的有效值按照升序排列后进行分段处理，共分成n段，每段数据具有8个有效值，每段数据中的中间值为该电机的一机械零点。

所述步骤6中对存入缓冲池内的有效值按照升序排列后进行分段处理具体为：将当前次有效值减去上一次有效值得到一差值，若该差值大于预设值ref1，则当前次有效值为分段的开始数据。或者为另一种判断机制，所述步骤6中对存入缓冲池内的有效值按照升序排列后进行分段处理具体为：将当前次有效值减去上一分段的开始数据得到一差值，若该差值大于预设值ref2，则当前次有效值为分段的开始数据。

所述步骤4中电机的目标速度为（1 + t * 2）转/分，t是指校准次数。

本发明能够得到较为精确的机械零点，使电机能够稳定的启动输出，尤其是应用在两轮平衡车上时，能够保证车子的稳定性。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

本发明揭示了一种电机机械零点的校准方法，尤其是一种主要应用在两轮平衡车上的伺服电机的机械零点的校准方法，该方法基于极对数为n的电机，特别是伺服电机，包括以下步骤：

S1，对电机的定子设置初始电角度，并且对该电机的直轴分量注入电流，定子产生的磁场将电机的转子吸附到初始电角度位置。该初始电角度可以自定义灵活设定，如果设定的电角度为零度，则被吸附后的转子位置对应的编码器数值就是该极对数为n的电机的其中一个机械零点。极对数为n的电机就有n个机械零点，该n可以是1、2、3或者其他。电机在矢量控制算法下，由每次控制周期采集回来的三相电流进行坐标转换，合成两个互相垂直的分量，其中一个分量方向和转子永磁体的N-S极平行（重合），该分量称为直轴分量Id，另一个分量方向垂直于转子永磁体的N-S极，该分量称为交轴分量Iq，只在直轴分量上注入电流，而交轴分量上不注入电流。矢量控制算法为本领域技术人员所公知的算法，在此不再详细赘述。

S2，记录电机中当前编码器的绝对位置值，并且将电机MCU的增量式编码器接口对应的寄存器的值设为初始电角度的数值。由于编码器是作为电机的速度位置反馈传感器，此时记录当前编码器的绝对位置数值。电机的微控制单元MCU选择自带增量式编码器接口的MCU，有一个负责对该增量式编码器接口进行计数的时钟，用于计数增量式编码器接口捕捉到的脉冲个数，个数会存储在寄存器内。例如编码器旋转一圈输出1024个脉冲对应360度机械角度，那么该寄存器将会存储1024（若是J倍频功能，则相应的记录实际是1024*J。 程序代码会根据读到的脉冲个数自动转成实际的角度值）。

S3，停止对定子的直轴分量注入电流，然后延时时间T，将电机的控制方式转换为速度控制模式，延时时间K后，获取电机的当前速度。经过步骤S2后，就开始停止对定子的直轴分量注入电流，然后经过时间T的延时，使电机进入速度控制模式，如果电机之前为其他控制模式，则切换进入到速度控制模式，如果电机之前是速度控制模式，则保持该速度控制模式。时间T可以为180毫秒，或者200毫秒，或者210毫秒，或者其他时间，由实际情况进行灵活设定。时间K可以为280毫秒，或者300毫秒，或者310毫秒，或者其他值。

S4，将电机的当前速度与预设的电机目标速度进行对比，查看该电机的当前速度与目标速度之差是否在阈值范围内。电机的目标速度为（1 + t * 2）转/分，t是指校准次数，即是每从步骤1开始到整个步骤结束为1次，每重复一次t+1，即第二次时t值为2，第三次t值为3，依此类推。这样就使得每次的电机目标速度都不一样，使得下一个校准周期来到时，电机转子被吸附到不同的位置，提高校准通过率。

S5，若电机的当前速度与预设的目标速度的差值在阈值范围内，则电机的当前速度正常，将步骤S2中的编码器的绝对位置值存入缓冲池内作为有效值；若电机的当前速度与预设的目标速度的差值在不在阈值范围内，则电机的当前速度不正常，舍弃步骤2中的编码器的绝对位置值，并返回步骤1，重新设定测试。

S6，重复步骤S1～S5，直至得到8*n个有效值，对存储好的有效值按照升序排列后进行分段处理，共分成n段，每段数据具有8个有效值，每段数据中的中间值为该电机的一机械零点。由于并非每一次校准都能够得到有效值，因此重复的次数至少是8*n次，以最终得到8*n个有效值为止，每重复一次，不管是否得到有效值，目标速度中的t值都自动类加1，保证每次校准的目标速度都不一样。

所述步骤6中对存入缓冲池内的有效值按照升序排列后进行分段处理具体为：将当前次有效值减去上一次有效值得到一差值，若该差值大于预设值ref1，则当前次有效值为分段的开始数据。或者为另一种判断机制，所述步骤6中对存入缓冲池内的有效值按照升序排列后进行分段处理具体为：将当前次有效值减去上一分段的开始数据得到一差值，若该差值大于预设值ref2，则当前次有效值为分段的开始数据。对缓冲池内的全部有效值按照从小到大的升序排列后，第一次最小的视为第一分段的开始数据。每个分段内的有效值为8个。比如极对数n为4的电机，此时就分成4个分段，每个分段中8个有效值的中间值即为相应的机械零点，这样就能够得到4个机械零点。如同一分段内8个数据分别为50,51,54,55,56,56,57,60，虽然8个有效值均不相同，但中间的几个数值差别不大，因此取55或56作为该分段的代表值均可，为一种滤波的效果。

Claims (2)

1.一种电机机械零点的校准方法，该方法基于极对数为n的电机，包括以下步骤：

S1，对电机的定子设置初始电角度，并且对该电机的直轴分量注入电流，定子产生的磁场将电机的转子吸附到初始电角度位置；

S2，记录电机中当前编码器的绝对位置值，并且将电机MCU的增量式编码器接口对应的寄存器的值设为初始电角度的数值；

S3，停止对电机的直轴分量注入电流，然后延时时间T，将电机的控制方式转换为速度控制模式，延时时间K后，获取电机的当前速度；

S4，将电机的当前速度与预设的电机目标速度进行对比，查看该电机的当前速度与目标速度之差是否在阈值范围内；

S5，若在，则电机的当前速度正常，将步骤S2中的编码器的绝对位置值存入缓冲池内作为有效值；若不在，则电机的当前速度不正常，舍弃步骤2中的编码器的绝对位置值，并返回步骤1；

S6，重复步骤S1～S5，直至得到8*n个有效值，对存储好的有效值按照升序排列后进行分段处理，共分成n段，每段数据具有8个有效值，每段数据中的中间值为该电机的一机械零点，该中间值是指该段数据中的第四位或者第五位有效值。

2.根据权利要求1所述的电机机械零点的校准方法，其特征在于，所述步骤S4中电机的目标速度为（1 + t * 2）转/分，t是指校准次数。