CN106301105A - 基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，该方法利用增量式编码器、倍频电路、计数器、存储器及清零回路来实现，初始状态通过磁极定位找到磁极的初始状态。然后进行上电运行当转子转过一个角度时光电编码器发出一个脉冲信号，通过计时器计数得到可以被控制电路读取的数字信号，即转子的位置信号。它是基于增量式传感器通过计数来得到转子磁极位置。主要针对任意极数电机转子磁极位置检测，并且在设计中未使用单片机等芯片也避免了电机工作过程中单片机死机等情况对运行的影响。

Description

基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别是涉及电机控制中需要进行位置环闭环控制的系统。适用于多极电机磁极位置检测。

背景技术

现有的用于多极电机的磁极位置检测多数为绝对位置的编码器或旋转变压器，即通过反馈元件使得转子转到任何一个位置都有一个码子与之相对应。这类的电机磁极位置检测系统中，电机本体与传感器之间有着固定的匹配关系，即无论是旋转变压器的固定磁极对数，还是绝对编码器的单位长度的控制精度都是与一个电机相对应而不能应用于一类电机。在现代工业方面，尤其是在汽车航空军事等领域对于多极电机可靠性的要求非常高，而传统的旋转变压器目前最多也只做到了十极，因此无法满足对多极电机控制要求。当系统中电机变化后整个系统无论从硬件还是软件都需要较大的变动。如果不进行变化的话则将会降低检测精度甚至检测失效，或者系统直接使用两对极旋转变压器或是高输出精度的绝对式编码器。前者则会造成控制精度降低，而后者则成本较高。同时现代电机控制中位置闭环是控制的重要环节，而电机的多种多样决定了需要一种适应能力强且更改方便的电机磁极位置检测系统。在现在的市场中还没有一款可用于多级如48极、96极电机的磁极位置传感器或方法。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其特征在于：该方法利用增量式编码器、倍频电路、计数器、存储器及清零回路来实现，初始状态通过磁极定位找到磁极的初始状态。然后进行上电运行当转子转过一个角度时光电编码器发出一个脉冲信号，通过计时器计数得到可以被控制电路读取的数字信号，即转子的位置信号。

该方法采用增量式编码器和倍频电路，增量式编码器安装在电机转子的主轴上，当电机发生转动时就会有相应的脉冲发出，由A\B信号的前后顺序可以得出系统正转还是反转，由于编码器本身可以产生U V W信号用来粗略判定系统的初始位置，为消除累积误差在每一周结束时用Z信号或UVW信号进行清零。为提高精度利用90度相位差的A、B两路信号新型四倍频。

权利上述的基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其特征在于：改方法的步骤如下：

电机上电定位，首先通过光电编码器自带的UVW信号进行转子的初始定位，使得转子转动一定角度到达初始位置，到达初始位置后光电编码器输出初始信号使电机旋转起来，之后光电编码器根据电极位置得到输出脉冲，通过四倍频电路将脉冲四倍频，通过计数器累加得出脉冲数，再通过计数器中得到的脉冲数，在寄存器中寻址，得到对应地址中所存的数据，即输出的UVW信号进而控制电机，在此过程中为了消除累积误差，即因为某些不确定原因使得计数脉冲漏计或多计等情况，在没转一周之后都采用Z脉冲进行清零，从而消除误差避免形成累积误差。

优点及效果：本发明的提供一种基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，它是基于增量式传感器通过计数来得到转子磁极位置。主要针对任意极数电机转子磁极位置检测，并且在设计中未使用单片机等芯片也避免了电机工作过程中单片机死机等情况对运行的影响。

本发明由于应用的增量式光电编码器，所以对于不同电机的适应性很好。通过编程可以使其应用于不同的电机上。对于一个m线编码器来说，如果电机为n对极的电机话。那么每一对极下对应m/2n个码字每一个码字有对应相应的电机位置，从而可以得到通入电机的各相电压。实现电机转子的位置检测与控制。本发明结合多极电机极对数较多的结构特点，采用增量式光电编码器对刺激位置进行测量。图为计数器输出不同时对应不同的UVW信号，从而控制电机。如图可以看出当计数器的数值到达一个位置是就会有一个对应的UVW信号与之相对应。

本发明可用于多极电机控制，对于一种控制了策略又可以应用于多种电机，只要满足极对数成倍数关系则控制策略就可以通用的各种电机进行磁极位置检测。

附图说明：

图1是计数器输出不同时对应不同的UVW信号图；

图2为系统的总体框图。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明提供一种基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其特征在于：该方法利用增量式编码器、倍频电路、计数器、存储器及清零回路来实现，初始状态通过磁极定位找到磁极的初始状态。然后进行上电运行当转子转过一个角度时光电编码器发出一个脉冲信号，通过计时器计数得到可以被控制电路读取的数字信号，即转子的位置信号。

该方法采用增量式编码器和倍频电路，增量式编码器安装在电机转子的主轴上，当电机发生转动时就会有相应的脉冲发出，由A\B信号的前后顺序可以得出系统正转还是反转，由于编码器本身可以产生U V W信号用来粗略判定系统的初始位置，为消除累积误差在每一周结束时用Z信号或UVW信号进行清零。为提高精度利用90度相位差的A、B两路信号新型四倍频。

该方法的步骤如下：

电机上电定位，首先通过光电编码器自带的UVW信号进行转子的初始定位，使得转子转动一定角度到达初始位置，到达初始位置后光电编码器输出初始信号使电机旋转起来，之后光电编码器根据电极位置得到输出脉冲，通过四倍频电路将脉冲四倍频，通过计数器累加得出脉冲数，再通过计数器中得到的脉冲数，在寄存器中寻址，得到对应地址中所存的数据，即输出的UVW信号进而控制电机，在此过程中为了消除累积误差，即因为某些不确定原因使得计数脉冲漏计或多计等情况，在没转一周之后都采用Z脉冲进行清零，从而消除误差避免形成累积误差。

以2000线编码器安装在10对极电机上为例，由于存在四倍频电路电机每转一圈相当于可以输出8000个脉冲，则每对极下对应800个脉冲相当于其分辨率为每0.45电角度对应一个脉冲。同理如果为16对极的电机话则每对极下对应125个脉冲则控制精度为0.69个电角度。而这样的控制精度只是在2000线编码器的情况下精度更会提高。因此与现有的控制方法相比本设计有很大的优势。在适应不同的电机情况下只需要改变寄存器中的真值表和对应的数据即可。

Claims (3)

1.一种基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其特征在于：该方法利用增量式编码器、倍频电路、计数器、存储器及清零回路来实现，初始状态通过磁极定位找到磁极的初始状态；

然后进行上电运行当转子转过一个角度时光电编码器发出一个脉冲信号，通过计时器计数得到可以被控制电路读取的数字信号，即转子的位置信号。

2.根据权利要求1所述的基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其特征在于：该方法采用增量式编码器和倍频电路，增量式编码器安装在电机转子的主轴上，当电机发生转动时就会有相应的脉冲发出，由A\B信号的前后顺序可以得出系统正转还是反转，由于编码器本身可以产生U V W信号用来粗略判定系统的初始位置，为消除累积误差在每一周结束时用Z信号或UVW信号进行清零；

为提高精度利用90度相位差的A、B两路信号新型四倍频。

3.根据权利要求1所述的基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法，其特征在于：改方法的步骤如下：

电机上电定位，首先通过光电编码器自带的UVW信号进行转子的初始定位，使得转子转动一定角度到达初始位置，到达初始位置后光电编码器输出初始信号使电机旋转起来，之后光电编码器根据电极位置得到输出脉冲，通过四倍频电路将脉冲四倍频，通过计数器累加得出脉冲数，再通过计数器中得到的脉冲数，在寄存器中寻址，得到对应地址中所存的数据，即输出的UVW信号进而控制电机，在此过程中为了消除累积误差，即因为某些不确定原因使得计数脉冲漏计或多计等情况，在没转一周之后都采用Z脉冲进行清零，从而消除误差避免形成累积误差。