CN109842329A - 用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，包括如下步骤：1.对控制单元ECU上电，通过判断编码器传送来的三个霍尔换向信号，确定角度分区；2.控制单元ECU通过控制电机电流或电机电压或三相PWM的波形，使电机转动到反电动势过零点的位置；3.控制单元ECU控制运行电机并记录编码器的脉冲数，通过计算把脉冲数转化成转子电角度值θ_err，并记录当三个霍尔换向信号发生变化时角度θ_hall，计算偏差值θ_offset＝θ_hall‑θ_err。本发明具有测试方便、测量精度高和节约成本的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电机转子偏移角测量技术领域，尤其是涉及一种测试方便、测量精度高和节约成本的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法。
背景技术
随着汽车智能化发展和节能的要求，汽车助力转向已从电子液压助力逐渐发展成电动助力。在电动助力系统中，直流无刷电机以及永磁同步电机的矢量控制的应用，提高了助力扭矩，降低了扭矩波动，提高了动态响应和跟随，增大了调速范围。想要矢量控制直流无刷电机以及永磁同步电机，必须要测量转子偏移角并进行转子偏移角的校正补偿，这样才能得到正确的转子角度。
目前，电动转向器ECU厂家在产品研发和电机批量生产测试时都需要通过仪器来测量电机转子偏移角和校正电机转子偏移角，但是由于每台电机的制造尺寸和设计尺寸都存在误差，为了保证产品的一致性，理论上需要每台电机都进行测量并存储到匹配安装的ECU里。由于测量计算和存储操作复杂，只采取批次抽样测量，这样无法保证产品的一致性，存在产品一致性不好的缺点。
因此，设计一种测试方便、测量精度高和节约成本的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中，测量电机转子偏移角存在测试效率低和测试复杂的问题，提供了一种测试方便、测量精度高和节约成本的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，包括控制单元ECU，编码器和电机；控制单元ECU与电机电连接，编码器位于电机上并与电机电连接，编码器与控制单元ECU电连接；编码器中内置了HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号和encoder_A、encoder_B两路脉冲计数信号；还包括如下步骤：
(1-1)对控制单元ECU上电，通过判断编码器传送来的三个霍尔换向信号，确定角度分区；
(1-2)控制单元ECU通过控制电机电流或电机电压或三相PWM的波形，使电机转动到反电动势过零点的位置；
(1-3)控制单元ECU控制运行电机并记录编码器的脉冲数，通过计算把脉冲数转化成转子电角度值θ_err，并记录当三个霍尔换向信号发生变化时角度θ_hall，计算偏差值θ_offset＝θ_hall-θ_err。
本发明中，电机转子偏移角是通过霍尔换向位置角度θ_hall，反电动势过零点和霍尔换向之间的角度差值θ_err，计算反电动势过零点的角度θ_offset。这个角度偏移是通过霍尔脉冲计算出来的。本发明的核心是给通过控制电机电流或电机电压或三相PWM的波形得到反电动势为零的电机转子位置，通过控制电机转动得到霍尔换向时的位置，再通过这两个位置间的脉冲数计算出电机的转子偏移角度。本发明具有测试方便、测量精度高和节约成本的特点。
作为优选，步骤(1-2)还包括如下步骤：
在电机转子上建立一个坐标系，所述坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，给定d轴电流指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电流，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定d轴电压指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电压，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定UVW三相固定的PWM波形，U＝x，V＝-x/2，W＝-x/2，电机的转子转动到反电动势为零的位置。
作为优选，步骤(1-1)还包括如下步骤：
设定HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号有6种状态，6种状态把一圈360度电角度进行6个分区，每个分区对应60度电角度的范围，根据三个霍尔换向信号的状态确定当前电机转子的电角度分区。
作为优选，步骤(1-3)还包括如下步骤：
设定encoder_A和encoder_B两路脉冲计数信号相位相差90度，电机转子旋转一圈，产生36个脉冲，通过测量脉冲数计算电机转子的运动角度，当检测到三个霍尔换向信号发生变化时，通过编码器测量的和反电动势为零点的角度偏差就是电机转子的偏移角度。
作为优选，所述电机转子旋转一圈，产生的36个脉冲，共包括144个边沿，每个边沿的角度为360°÷144＝2.5°。通过分别检测上升和下降信号可以测量电机转子的电角度，每个脉冲具有4个边沿。
作为优选，HALL_A、HALL_B和HALL_C三个霍尔换向信号相互角度相差120°。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)本发明无需使用示波器等其它仪器设备，直接在原有硬件上实现功能，节约成本；(2)本发明实现电机转子自动转动到反电动势过零点位置，替代手动转动和示波器测量过零点位置的方法，测试过程自动化操作，测试方便；(3)本发明自动测量和计算电机转子偏移角，替代人工测量和计算偏差，测量精度高；(4)可以实现每台设备自动测试，保证产品的一致性。
附图说明
图1是本发明的一种硬件框图；
图2是本发明实施例1的一种流程图；
图3是本发明实施例2的一种流程图。
图中：控制单元ECU1、编码器2、电机3。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述：
实施例1：如图1所示的一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，包括控制单元ECU1，编码器2和电机3；控制单元ECU与电机电连接，编码器位于电机上并与电机电连接，编码器与控制单元ECU电连接；编码器中内置了HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号和encoder_A、encoder_B两路脉冲计数信号。
如图2所示的一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，包括如下步骤：
(1-1)对控制单元ECU上电，通过判断编码器传送来的三个霍尔换向信号，确定角度分区：
设定HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号有6种状态，6种状态把一圈360度电角度进行6个分区，每个分区对应60度电角度的范围，根据三个霍尔换向信号的状态确定当前电机转子的电角度分区；
(1-2)控制单元ECU通过控制电机电流或电机电压或三相PWM的波形，使电机转动到反电动势过零点的位置：
在电机转子上建立一个坐标系，所述坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，给定d轴电流指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电流，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定d轴电压指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电压，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定UVW三相固定的PWM波形，U＝x，V＝-x/2，W＝-x/2，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
(1-3)控制单元ECU控制运行电机并记录编码器的脉冲数，通过计算把脉冲数转化成电角度值θ_err，同时记录当三个霍尔换向信号发生变化时角度θ_hall时，计算偏差值θ_offset＝θ_hall-θ_err：
设定encoder_A和encoder_B两路脉冲计数信号相位相差90度，电机转子旋转一圈，产生36个脉冲，通过测量脉冲数计算电机转子的运动角度，当检测到三个霍尔换向信号发生变化时，通过编码器测量的和反电动势为零点的角度偏差就是电机转子的偏移角度。
实施例2：如图1所示的一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，包括控制单元ECU，编码器和电机；控制单元ECU与电机电连接，编码器位于电机上并与电机电连接，编码器与控制单元ECU电连接；编码器中内置了HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号和encoder_A、encoder_B两路脉冲计数信号。
如图3所示的一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，包括如下步骤，
(1-1)对控制单元ECU上电，通过判断编码器传送来的三个霍尔换向信号，确定角度分区：
设定HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号有6种状态，6种状态把一圈360度电角度进行6个分区，每个分区对应60度电角度的范围，根据三个霍尔换向信号的状态确定当前电机转子的电角度分区；
(1-2)控制单元ECU控制运行电机并记录编码器的脉冲数：
设定encoder_A和encoder_B两路脉冲计数信号相位相差90度，电机转子旋转一圈，产生36个脉冲；
(1-3)当检测到三个霍尔换向信号发生角度数值变化θ_hall时，控制单元ECU通过控制电机电流或电机电压或三相PWM的波形，使电机转动到反电动势过零点的位置，并记录电机从霍尔换向角度转动到反电动势过零点位置时的电机转子角度θ_zero，计算偏差值θ_offset＝θ_hall-θ_zero：
在电机转子上建立一个坐标系，所述坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，给定d轴电流指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电流，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定d轴电压指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电压，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定UVW三相固定的PWM波形，U＝x，V＝-x/2，W＝-x/2，电机的转子转动到反电动势为零的位置，x为根据实际情况所具体设定的参数。
上述两个实施例中，电机转子旋转一圈，产生的36个脉冲，共包括144个边沿，每个边沿的角度为360°÷144＝2.5°。通过分别检测上升和下降信号可以测量电机转子的电角度，每个脉冲具有4个边沿。HALL_A、HALL_B和HALL_C三个霍尔换向信号相互角度相差120°。
另外，HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号的6种状态，对应的6个角度分区，如下表所示，每个分区对应60度角度的范围：
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，其特征是，包括控制单元ECU(1)，编码器(2)和电机(3)；控制单元ECU与电机电连接，编码器位于电机上并与电机电连接，编码器与控制单元ECU电连接；编码器中内置了HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号和encoder_A、encoder_B两路脉冲计数信号；还包括如下步骤：
(1-1)对控制单元ECU上电，通过判断编码器传送来的三个霍尔换向信号，确定角度分区；
(1-2)控制单元ECU通过控制电机电流或电机电压或三相PWM的波形，使电机转动到反电动势过零点的位置；
(1-3)控制单元ECU控制运行电机并记录编码器的脉冲数，通过计算把脉冲数转化成转子电角度值θ_err，并记录当三个霍尔换向信号发生变化时角度θ_hall，计算偏差值θ_offset＝θ_hall-θ_err。
2.根据权利要求1所述的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，其特征是，步骤(1-2)还包括如下步骤：
在电机转子上建立一个坐标系，所述坐标系与转子同步转动，取转子磁场方向为d轴，垂直于转子磁场方向为q轴，给定d轴电流指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电流，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定d轴电压指令，矢量角度固定为0，在电机d轴方向上施加电压，且角度为0，电机的转子转动到反电动势为零的位置；
或给定UVW三相固定的PWM波形，U＝x，V＝-x/2，W＝-x/2，电机的转子转动到反电动势为零的位置。
3.根据权利要求1所述的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，其特征是，步骤(1-1)还包括如下步骤：
设定HALL_A、HALL_B、HALL_C三个霍尔换向信号有6种状态，6种状态把一圈360度电角度进行6个分区，每个分区对应60度电角度的范围，根据三个霍尔换向信号的状态确定当前电机转子的电角度分区。
4.根据权利要求1所述的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，其特征是，步骤(1-3)还包括如下步骤：
设定encoder_A和encoder_B两路脉冲计数信号相位相差90度，电机转子旋转一圈，产生36个脉冲，通过测量脉冲数计算电机转子的运动角度，当检测到三个霍尔换向信号发生变化时，通过编码器测量的和反电动势为零点的角度偏差就是电机转子的偏移角度。
5.根据权利要求4所述的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，其特征是，所述电机转子旋转一圈，产生的36个脉冲，共包括144个边沿，每个边沿的角度为360°÷144＝2.5°。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的用于电动转向器直流无刷电机转子偏移角测量的方法，其特征是，HALL_A、HALL_B和HALL_C三个霍尔换向信号相互角度相差120°。
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