CN105071718A - 一种无刷电机转子位置误差校准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷电机转子位置误差校准装置及方法，属于电机控制的技术领域，装置包括：检测电路，用于获取电机转子位置信号；测量电路，用于划分成若干区间及测量各个区间的宽度；控制电路，用于计算各个区间宽度之间的差异，并输出控制信号；补偿电路，用于根据所述控制信号补偿各个区间宽度之间的差异，使差异小于所设置的精度数值。方法包括：检测获得电机转子位置；测量各个区间的宽度；计算各个区间宽度的差异，并对其进行补偿；当差异满足所设置的精度数值时，输出校准后的电机转子位置信号及区间宽度；否则，继续进行区间宽度的测量和补偿。本发明使得各个区间宽度之间的差异满足所设置的精度要求,进而提高电机运转的平稳性。

Description

一种无刷电机转子位置误差校准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无刷电机转子位置误差校准装置及方法，属于电机控制的技术领域。

背景技术

得益于材料学，控制理论和集成电路技术的飞速发展，无刷电机越来越广泛地应用于工农业生产、交通运输、国防军事及日常生活中。控制理论在无刷电机上的应用使得电机控制日益精良，也日益复杂。电机控制算法依赖于电机转子位置，而电机转子位置可以通过无位置传感器算法或位置传感器获取。考虑到无位置传感器算法的复杂度及其对电机参数的敏感性等方面的缺点，目前无刷电机更多地使用位置传感器来获取电机转子位置。

一般地，需要根据获取的电机转子位置，通过插值等方法获取更加精细的电机转子位置。此时，位置误差会对电机控制产生较大影响。考虑到电机控制中一般会采用适宜的超前角来调整各相驱动电压的整体相位，电机转子位置的绝对误差可以在超前角调整的同时一起校准；然而，各个区间宽度的差异，即各个位置传感器之间的相对误差，则无法与超前角的调整一起校准。区间宽度之间的差异会影响调制后的相电压和相电流波形，进而影响输出扭矩及电机运转的平稳性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无刷电机转子位置误差校准装置及方法，解决现有的无刷电机区间宽度之间的差异影响调制后的相电压和相电流波形，进而影响输出扭矩及电机运转的平稳性的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种无刷电机转子位置误差校准装置，所述装置包括：

检测电路，用于获取电机转子位置信号；

测量电路，用于根据所述电机转子位置信号将电周期划分成若干区间及测量各个区间的宽度；

控制电路，用于计算各个区间宽度之间的差异，并输出控制信号；

补偿电路，用于根据所述控制信号补偿各个区间宽度之间的差异，使差异小于所设置的精度数值。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述检测电路包括位置传感器、及接收位置传感器输出信号的信号放大与比较电路。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述测量电路通过计数器测量各个区间的宽度。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述补偿电路包括失调调整电路，用于调整信号放大与比较电路的失调。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述补偿电路还包括用于计算各个区间宽度之间的差异及输出区间宽度校准控制编码的区间校准控制电路和用于根据区间宽度校准控制编码调整计数器计数值的数字补偿电路。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述失调调整电路通过差分放大电路输入对管或输出负载的尺寸进行调整。

本发明还提供一种基于上述述无刷电机转子位置误差校准装置的校准方法，所述方法包括：

使得无刷电机匀速转动，检测获得电机转子位置；

根据电机转子位置信号将电周期划分成若干区间，并测量各个区间的宽度；

计算各个区间宽度的差异，并对其进行补偿；

当区间宽度之间的差异满足所设置的精度数值时，输出校准后的电机转子位置信号及区间宽度；否则，继续进行区间宽度的测量和补偿。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述电机转子位置的检测通过位置传感器及信号放大与比较电路完成。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述区间宽度的测量通过计数器获取。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述区间宽度的补偿通过调整信号放大与比较电路的失调或计数器计数值完成。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明所提供的无刷电机转子位置误差校准装置及方法，通过测量电机转子位置各个区间的宽度并对其差异进行补偿，最终使得各个区间宽度之间的差异满足所设置的精度要求,进而提高电机运转的平稳性。本发明可广泛应用于无刷电机的控制，尤其是电机转子位置的校准中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三相无刷电机转子位置信号及区间的示意图。

图2为本发明实施例提供的一种无刷电机转子位置误差校准装置的系统框图。

图3为本发明实施例提供的一种无刷电机转子位置误差校准装置的系统框图。

图4为本发明实施例提供的一种无刷电机转子位置误差校准方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

无刷电机经常采用一定数量的霍尔传感器来检测电机转子位置，根据各个霍尔传感器信号将360°电周期划分为相应的区间。以三相无刷电机为例，通过3个等间距安装的霍尔传感器感知转子位置并对电周期进行划分。如图1所示，3个霍尔传感器的差分输出信号经过放大和比较后，得到对应的数字信号，并据此将360°电周期划分为6个区间。各个区间的宽度受霍尔传感器机械安装的相对误差、信号放大和比较电路的失调等影响，因此可能表现出或多或少的差异。这种差异会导致各个区间电机扭矩的差异，进而影响电机运转的平稳性。

本发明实例一提供了一种无刷电机转子位置误差校准装置的示意图，如图2所示，包括信号放大与比较电路110、区间宽度测量电路120和失调调整电路130。

图2中，V1P与V1M、V2P与V2M、VnP与VnM分别是第1、2和n个霍尔传感器输出的差分信号。信号放大与比较电路110对输入的差分信号进行放大和比较后，获取数字信号H1、H2和Hn；根据所述数字信号，区间宽度测量电路120通过计数器测量获得各个区间的宽度；失调调整电路130根据各个区间宽度之间的差异，调整信号放大与比较电路110的失调，进而缩小这种差异。上述区间宽度测量与失调调整持续进行，直至各个区间宽度之间的差异满足所设置的精度数值，或达到失调调整的极限。校准结束后，输出电机转子位置信号及区间宽度。

更进一步地，信号放大与比较电路110失调的调整可以通过差分放大电路输入对管或输出负载的尺寸来调整。

本发明实例二提供了一种无刷电机转子位置误差校准装置的示意图，如图3所示，包括信号放大与比较电路110、区间宽度测量电路120、区间校准控制电路230和区间宽度数字补偿电路240。

图3中，V1P与V1M、V2P与V2M、VnP与VnM分别是第1、2和n个霍尔传感器输出的差分信号。信号放大与比较电路110对输入的差分信号进行放大和比较后，获取数字信号H1、H2和Hn；根据所述数字信号，区间宽度测量电路120通过计数器测量获得各个区间的宽度；区间校准控制电路230计算各个区间宽度之间的差异，并输出区间宽度校准控制编码；区间宽度数字补偿电路240根据所述的校准控制编码对各个区间宽度进行补偿。补偿后，输出电机转子位置信号及区间宽度。

更进一步地，区间宽度数字补偿电路240可以通过加法器在原有各个区间宽度测量数值的基础上加上差异数值，以完成区间宽度的补偿；还可以通过乘法单元在原有各个区间宽度测量数值的基础上乘上一定系数以完成区间宽度的补偿。

本发明实例三提供了一种无刷电机转子位置误差校准方法的流程图，如图4所示，包括：

步骤410，使得无刷电机匀速转动，检测获得电机转子位置；以及，根据电机转子位置信号将电周期划分成若干区间，并测量各个区间的宽度。

步骤420，补偿各个区间宽度之间的差异。

步骤430，判断区间差异是否满足精度要求：

如果满足要求，则执行步骤440，即输出校准后的位置信号及区间宽度；否则继续步骤420。

更进一步地，在步骤410之前，优选通过外力或自身闭环调速等方法，使得无刷电机匀速转动。步骤410通过位置传感器、信号放大与比较电路及计数器等完成区间宽度的测量。

步骤420中，区间宽度的补偿可以通过对信号放大与比较电路失调的调整来完成，或者通过对计数器计数值的调整来完成。

上述区间宽度测量与失调调整持续进行，直至各个区间宽度之间的差异满足所设置的精度数值，或达到失调调整的极限。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件来实现，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。具体地，所述运算和控制部分都可以通络逻辑硬件实现，其可以是使用集成电路工艺制造出来的逻辑集成电路，本实施例对此不作限定。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷电机转子位置误差校准装置，其特征在于，所述装置包括：

检测电路，用于获取电机转子位置信号；

测量电路，用于根据所述电机转子位置信号将电周期划分成若干区间及测量各个区间的宽度；

控制电路，用于计算各个区间宽度之间的差异，并输出控制信号；

补偿电路，用于根据所述控制信号补偿各个区间宽度之间的差异，使差异小于所设置的精度数值。

2.根据权利要求1所述无刷电机转子位置误差校准装置，其特征在于，所述检测电路包括位置传感器、及接收位置传感器输出信号的信号放大与比较电路。

3.根据权利要求1所述无刷电机转子位置误差校准装置，其特征在于，所述测量电路通过计数器测量各个区间的宽度。

4.根据权利要求2所述无刷电机转子位置误差校准装置，其特征在于，所述补偿电路包括失调调整电路，用于调整信号放大与比较电路的失调。

5.根据权利要求3所述无刷电机转子位置误差校准装置，其特征在于，所述补偿电路还包括用于计算各个区间宽度之间的差异及输出区间宽度校准控制编码的区间校准控制电路和用于根据区间宽度校准控制编码调整计数器计数值的数字补偿电路。

6.根据权利要求4所述无刷电机转子位置误差校准装置，其特征在于，所述失调调整电路通过差分放大电路输入对管或输出负载的尺寸进行调整。

7.一种基于权利要求1所述无刷电机转子位置误差校准装置的校准方法，其特征在于，所述方法包括：

使得无刷电机匀速转动，检测获得电机转子位置；

根据电机转子位置信号将电周期划分成若干区间，并测量各个区间的宽度；

计算各个区间宽度的差异，并对其进行补偿；

当区间宽度之间的差异满足所设置的精度数值时，输出校准后的电机转子位置信号及区间宽度；否则，继续进行区间宽度的测量和补偿。

8.根据权利要求7所述无刷电机转子位置误差校准方法，其特征在于，所述电机转子位置的检测通过位置传感器及信号放大与比较电路完成。

9.根据权利要求7所述无刷电机转子位置误差校准方法，其特征在于，

所述区间宽度的测量通过计数器获取。

10.根据权利要求8或9所述无刷电机转子位置误差校准方法，其特征在于，所述区间宽度的补偿通过调整信号放大与比较电路的失调或计数器计数值完成。