CN106849777A - 一种永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统 - Google Patents

一种永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统 Download PDF

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

一种永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统，包括：S100、采样电机在自由旋转状态下的线电压的反电动势以及旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差；S200、根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量；S300、基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。实施本发明的永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统，具有以下有益效果：本发明由于使用电机的线电压的反电动势进行零点捕获，且零点偏移量是与电机频率相关的，所以本发明不仅精度高而且可以适应不同种类不同型号的电机，且采样计算的过程简单，延迟小，计算得到的零点偏移量精度更高。

Description

一种永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统。
背景技术
已有技术主要是采用电子软件旋变零点位置自学习方案进行旋变零点校正，其适用于转速较低(低于9000rpm)的电机控制器领域，并不适用于高速(特别是高于15000rpm)永磁同步电机领域。
具体的，已有技术采用软件自学习方法是将永磁同步电机低频下保证电机空转，判断旋变零点的方向与零点位置。因为每台电机都有不同的参数差异，这样在软件自学习过程中因为电机参数的不一致，能够控制的精度范围为10℃以内，存在10℃不确定性必然影响扭矩控制的精度或者降低控制器的整体输出效率，从而影响整体性能提升。
简而言之，已有技术定位旋变零点的精度不够，同时针对不同型号的电机精度不一致，即不能保证旋变零点一致性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述精度不够、针不具备一致性的缺陷，提供一种永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种永磁同步电机旋变零点校正方法，包括：
S100、采样电机在自由旋转状态下的线电压的反电动势以及旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差；
S200、根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量；
S300、基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正方法中，步骤S100中，所述同一个位置为代表电机的零点和/或180°的位置，所述的比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差包括：
确定反电动势的过零点和/或过180°的位置，并获取该位置对应的第一采样时刻；
获取旋变信号的零点和/或180°所对应的第二采样时刻；
计算第一采样时刻和第二采样时刻的时间差。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正方法中，步骤S100中，采样电机的线电压的反电动势后进行如下预处理：将采用得到的反电动势通过分压、滤波与稳压电路变成5V的正弦波信号，将该正弦波信号通过高精度比较器后输出方波信号，再将该方波信号通过光耦隔离同相输出至MCU的IO口，MCU检测到方波信号的上升沿和/下降沿，并将上升沿作为反电动势的过零点的位置，下降沿作为反电动势的过180°的位置。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正方法中，
步骤S100中，同时采样两路线电压的反电动势，针对每一路线电压，分别比较得到对应的所述时间差；
步骤S200中，根据电机频率以及第一路线电压所对应的时间差计算旋变的第一零点偏移量，根据电机频率以及第二路线电压所对应的时间差计算旋变的第二零点偏移量，并基于所述第一零点偏移量和第二零点偏移量通过数学处理得到最终的零点偏移量。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正方法中，步骤S200中，所述的根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量包括：基于公式θOFFSET＝Δt*n*360°计算得到零点偏移量，式中，θOFFSET代表零点偏移量，Δt代表时间差，n代表电机频率。
本发明还公开了一种永磁同步电机旋变零点校正系统，包括：
反电动势采样模块，用于在电机自由旋转时采样电机的线电压的反电动势；
时间差获取模块，用于在电机自由旋转时采样旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差；
零点偏移量计算模块，用于根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量；
零点校正模块，用于基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正系统中，所述同一个位置为代表电机的零点和/或180°的位置，所述时间差获取模块包括：
第一采样时刻确定单元，用于确定反电动势的过零点和/或过180°的位置，并获取该位置对应的第一采样时刻；
第二采样时刻确定单元，用于获取旋变信号的零点和/或180°所对应的第二采样时刻；
时间差计算单元，用于计算第一采样时刻和第二采样时刻的时间差。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正系统中，所述反电动势采样模块包括用于采样电机的线电压的反电动势的采样电路和用户采样得到的线电压的反电动势进行预处理的预处理电路，其中，所述预处理电路包括：
正弦波信号预处理单元，用于将采用得到的反电动势通过分压、滤波与稳压电路变成5V的正弦波信号；
方波信号产生单元，用于将该正弦波信号通过高精度比较器后输出方波信号；
隔离输出单元，用于将该方波信号通过光耦隔离同相输出至MCU的IO口；其中，MCU检测到方波信号的上升沿和/下降沿，并将上升沿作为反电动势的过零点的位置，下降沿作为反电动势的过180°的位置。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正系统中，所述反电动势采样模块的数量为两个，两个反电动势采样模块同时采样两路线电压的反电动势；所述时间差获取模块的数量为两个，两个时间差获取模块分别针对一路线电压比较得到对应的所述时间差；
其中，所述零点偏移量计算模块包括：
第一零点偏移量计算单元，用于根据电机频率以及第一路线电压所对应的时间差计算旋变的第一零点偏移量；
第二零点偏移量计算单元，用于根据电机频率以及第二路线电压所对应的时间差计算旋变的第二零点偏移量；
零点偏移量确定单元，用于基于所述第一零点偏移量和第二零点偏移量通过数学处理得到最终的零点偏移量。
在本发明所述的永磁同步电机旋变零点校正系统中，所述的根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量包括：基于公式θOFFSET＝Δt*n*360°计算得到零点偏移量，式中，θOFFSET代表零点偏移量，Δt代表时间差，n代表电机频率。
实施本发明的永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统，具有以下有益效果：本发明由于使用电机的线电压的反电动势进行零点捕获，且零点偏移量是与电机频率相关的，所以本发明不仅精度高而且可以适应不同种类不同型号的电机，且采样计算的过程简单，延迟小，计算得到的零点偏移量精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：
图1是本发明永磁同步电机旋变零点校正方法的流程图；
图2是本发明永磁同步电机旋变零点校正系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，本发明中出现的词语“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。词语“相等”、“相同”“同时”或者其他类似的用语，不限于数学术语中的绝对相等或相同，在实施本专利所述权利时，可以是工程意义上的相近或者在可接受的误差范围内，例如5V的正弦波，并不限于完全为5V，而是本领域技术人员可以理解的5V左右的数值，可以有一定的偏差。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。比如本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明总的思路是：驱动电机自由旋转，然后采样电机的线电压的反电动势以及采样旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差，再根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量，基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一
参考图1，是本发明永磁同步电机旋变零点校正方法的流程图。
本实施例的永磁同步电机旋变零点校正方法包括：
S100、采样电机在自由旋转状态下的线电压的反电动势以及旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差；
因为在电机过零点时，反电动势出现一个正弦波，如果旋变零点没有偏差，则会同时反馈零度的位置信号，如果旋变零点出现偏差，则其反馈的零度的位置信号的时刻会较之反电动势出现一个时间差，本发明即是要获取该时间差以计算所对应的角度偏差。
此步骤中，可以仅采样UV、UW、VW中的一路线电压的反电动势，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差。也可以同时采样两路线电压的反电动势以互相参考，针对每一路线电压，分别比较得到对应的所述时间差。例如，采样UV、UW两路线电压的反电动势。
具体的，所述同一个位置可以为代表电机的零点和/或180°的位置，此时所述的比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差包括：确定反电动势的过零点和/或过180°的位置，并获取该位置对应的第一采样时刻t1；获取旋变信号的零点和/或180°所对应的第二采样时刻t2；计算第一采样时刻和第二采样时刻的时间差Δt＝t1-t2。
优选的，可以获取零点和180°位置的时间差，然后将零点和180°位置所对应计算的角度偏差进行综合考量，比如取平均Δt＝(Δt0+Δt180)/2，Δt0表示同一个位置为零点时，反电动势和旋变信号经过零点位置的时间差，Δt180表示同一个位置为180°时，反电动势和旋变信号经过180°位置的时间差。
因为考虑到实际实施时，反电动势的信号一般是发给MCU进行软件算法处理，而MCU的IO口只能直接承受5V电压,所以在采样得到高压的反电动势后需要进行如下预处理：将采用得到的反电动势通过分压、滤波与稳压电路变成5V的正弦波信号，将该正弦波信号通过高精度比较器后输出方波信号，再将该方波信号通过光耦隔离同相输出至MCU的IO口，其中，方波信号的上升沿代表反电动势的过零点的位置，下降沿代表反电动势的过180°的位置。这样，MCU一方面可以直接获取旋变反馈的位置信号，另一方面可以捕获反电动势预处理后的方波信号的上升沿和下降沿，从而判断反电动势的过零点和/或过180°的位置。
而关于旋变信号的零点和/或180°的采样时刻确定，是本领域常识，旋变信号为一个正弦波，其一般经过一个比较器后变为方波直接输送给MCU，MCU根据方波信号即可判断零点和/或180°的时刻。
S200、根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量；
具体的，基于公式θOFFSET＝Δt*n*360°计算得到零点偏移量，式中，θOFFSET代表零点偏移量，n代表电机频率，单位为转/分钟，Δt代表时间差，因为Δt一般是微秒级别，所以如果Δt的单位取微秒，则需要将公式修正为θOFFSET＝p*Δt*(n*360°)/(60*106)，p表示电机的极对数。
如果步骤S100中计算得到了两路线电压的反电动势，则步骤S200具体包括：基于上述公式，根据电机频率以及第一路线电压所对应的时间差Δt1计算旋变的第一零点偏移量θOFFSET1；基于上述公式，根据电机频率以及第二路线电压所对应的时间差Δt2计算旋变的第二零点偏移量θOFFSET2；最后，基于所述第一零点偏移量θOFFSET1和第二零点偏移量θOFFSET2通过数学处理得到最终的零点偏移量。其中，数学处理可以是求平均等处理方法，例如θOFFSET＝(θOFFSET1+θOFFSET2)/2。
S300、基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。此部分可以直接在现有的软件中通过设置偏移量进行补偿，通过这种方法可以将旋变零点精度控制在+/_1.5℃以内。
本实施例由于使用电机的线电压的反电动势进行零点捕获，且零点偏移量是与电机频率相关的，所以本发明不仅精度高而且可以适应不同种类不同型号的电机，且采样计算的过程简单，延迟小，计算得到的零点偏移量精度更高。
实施例二
参考图2，是本发明永磁同步电机旋变零点校正系统的结构示意图。
基于同一发明构思，本实施例公开了一种永磁同步电机旋变零点校正系统，包括：用于在电机自由旋转时采样电机的线电压的反电动势的反电动势采样模块；用于在电机自由旋转时采样旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差的时间差获取模块；用于根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量的零点偏移量计算模块；用于基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点的零点校正模块。
本实施例中采用的是软硬件结合的方式，反电动势采样模块为硬件电路，时间差获取模块、零点偏移量计算模块、零点校正模块为设置在MCU中的软件模块。当然，本发明并不限于此，本实施例仅为举例说明。
其中，反电动势采样模块，可以仅采样一路线电压的反电动势，也可以同时采样两路线电压的反电动势以互相参考。
具体的，所述反电动势采样模块包括用于采样电机的线电压的反电动势的采样电路和用户采样得到的线电压的反电动势进行预处理的预处理电路，其中，所述预处理电路包括：正弦波信号预处理单元，用于将采用得到的反电动势通过分压、滤波与稳压电路变成5V的正弦波信号；方波信号产生单元，用于将该正弦波信号通过高精度比较器后输出方波信号；隔离输出单元，用于将该方波信号通过光耦隔离同相输出至MCU的IO口；其中，MCU检测到方波信号的上升沿和/下降沿，并将上升沿作为反电动势的过零点的位置，下降沿作为反电动势的过180°的位置。
其中，时间差获取模块中，所述同一个位置为代表电机的零点和/或180°的位置。具体的，所述时间差获取模块包括：第一采样时刻确定单元，用于确定反电动势的过零点和/或过180°的位置，并获取该位置对应的第一采样时刻；第二采样时刻确定单元，用于获取旋变信号的零点和/或180°所对应的第二采样时刻；时间差计算单元，用于计算第一采样时刻和第二采样时刻的时间差。
其中，零点偏移量计算模块中，基于公式θOFFSET＝Δt*n*360°计算得到零点偏移量，式中，θOFFSET代表零点偏移量，n代表电机频率，单位为转/分钟，Δt代表时间差，因为Δt一般是微秒级别，所以如果Δt的单位取微秒，则需要将公式修正为θOFFSET＝p*Δt*(n*360°)/(60*106)，p表示电机的极对数。
本实施例中采样的UV、UW两路线电压的反电动势，因此所述反电动势采样模块的数量为两个，两个反电动势采样模块同时采样UV、UW两路线电压的反电动势；所述时间差获取模块的数量为两个，两个时间差获取模块分别针对UV、UW中的一路线电压比较得到对应的所述时间差；相应的，所述零点偏移量计算模块包括：
第一零点偏移量计算单元，用于根据电机频率以及UV线电压所对应的时间差计算旋变的第一零点偏移量；
第二零点偏移量计算单元，用于根据电机频率以及UW线电压所对应的时间差计算旋变的第二零点偏移量；
零点偏移量确定单元，用于基于所述第一零点偏移量和第二零点偏移量通过数学处理得到最终的零点偏移量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
综上所述，实施本发明的永磁同步电机旋变零点校正方法以及系统，具有以下有益效果：本发明由于使用电机的线电压的反电动势进行零点捕获，且零点偏移量是与电机频率相关的，所以本发明不仅精度高而且可以适应不同种类不同型号的电机，且采样计算的过程简单，延迟小，计算得到的零点偏移量精度更高。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机旋变零点校正方法，其特征在于，包括：
S100、采样电机在自由旋转状态下的线电压的反电动势以及旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差；
S200、根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量；
S300、基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机旋变零点校正方法，其特征在于，步骤S100中，所述同一个位置为代表电机的零点和/或180°的位置，所述的比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差包括：
确定反电动势的过零点和/或过180°的位置，并获取该位置对应的第一采样时刻；
获取旋变信号的零点和/或180°所对应的第二采样时刻；
计算第一采样时刻和第二采样时刻的时间差。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机旋变零点校正方法，其特征在于，步骤S100中，采样电机的线电压的反电动势后进行如下预处理：将采用得到的反电动势通过分压、滤波与稳压电路变成5V的正弦波信号，将该正弦波信号通过高精度比较器后输出方波信号，再将该方波信号通过光耦隔离同相输出至MCU的IO口，MCU检测到方波信号的上升沿和/下降沿，并将上升沿作为反电动势的过零点的位置，下降沿作为反电动势的过180°的位置。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机旋变零点校正方法，其特征在于，
步骤S100中，同时采样两路线电压的反电动势，针对每一路线电压，分别比较得到对应的所述时间差；
步骤S200中，根据电机频率以及第一路线电压所对应的时间差计算旋变的第一零点偏移量，根据电机频率以及第二路线电压所对应的时间差计算旋变的第二零点偏移量，并基于所述第一零点偏移量和第二零点偏移量通过数学处理得到最终的零点偏移量。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机旋变零点校正方法，其特征在于，步骤S200中，所述的根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量包括：基于公式θOFFSET＝Δt*n*360°计算得到零点偏移量，式中，θOFFSET代表零点偏移量，Δt代表时间差，n代表电机频率。
6.一种永磁同步电机旋变零点校正系统，其特征在于，包括：
反电动势采样模块，用于在电机自由旋转时采样电机的线电压的反电动势；
时间差获取模块，用于在电机自由旋转时采样旋变信号，比较反电动势和旋变信号经过同一个位置时的时间差；
零点偏移量计算模块，用于根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量；
零点校正模块，用于基于所述零点偏移量对旋变反馈的位置信号进行补偿以校正旋变零点。
7.根据权利要求6所述的永磁同步电机旋变零点校正系统，其特征在于，所述同一个位置为代表电机的零点和/或180°的位置，所述时间差获取模块包括：
第一采样时刻确定单元，用于确定反电动势的过零点和/或过180°的位置，并获取该位置对应的第一采样时刻；
第二采样时刻确定单元，用于获取旋变信号的零点和/或180°所对应的第二采样时刻；
时间差计算单元，用于计算第一采样时刻和第二采样时刻的时间差。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机旋变零点校正系统，其特征在于，所述反电动势采样模块包括用于采样电机的线电压的反电动势的采样电路和用户采样得到的线电压的反电动势进行预处理的预处理电路，其中，所述预处理电路包括：
正弦波信号预处理单元，用于将采用得到的反电动势通过分压、滤波与稳压电路变成5V的正弦波信号；
方波信号产生单元，用于将该正弦波信号通过高精度比较器后输出方波信号；
隔离输出单元，用于将该方波信号通过光耦隔离同相输出至MCU的IO口；其中，MCU检测到方波信号的上升沿和/下降沿，并将上升沿作为反电动势的过零点的位置，下降沿作为反电动势的过180°的位置。
9.根据权利要求6所述的永磁同步电机旋变零点校正系统，其特征在于，所述反电动势采样模块的数量为两个，两个反电动势采样模块同时采样两路线电压的反电动势；所述时间差获取模块的数量为两个，两个时间差获取模块分别针对一路线电压比较得到对应的所述时间差；
其中，所述零点偏移量计算模块包括：
第一零点偏移量计算单元，用于根据电机频率以及第一路线电压所对应的时间差计算旋变的第一零点偏移量；
第二零点偏移量计算单元，用于根据电机频率以及第二路线电压所对应的时间差计算旋变的第二零点偏移量；
零点偏移量确定单元，用于基于所述第一零点偏移量和第二零点偏移量通过数学处理得到最终的零点偏移量。
10.根据权利要求6所述的永磁同步电机旋变零点校正系统，其特征在于，所述的根据电机频率以及所述时间差计算旋变的零点偏移量包括：基于公式θOFFSET＝Δt*n*360°计算得到零点偏移量，式中，θOFFSET代表零点偏移量，Δt代表时间差，n代表电机频率。
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