CN109995277A - 永磁同步电机转子零位初始角度标定系统及其标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，包括：所述三相电流采集模块和三相电压采集模块采集被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压输出至电机转子位置角度观测器，所述电机转子位置角度观测器计算出第一角度输出至标定计算模块；所述磁阻角度传感器采集被标定永磁同步电机的角度信号输出至电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器解析出第二角度输出至于标定计算模块；所述标定计算模块根据预设标定规则标定永磁同步电机转子零位初始角度。本发明还公开了一种永磁同步电机转子零位初始角度标定方法。本发明能准确、快速完成CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定。

Description

永磁同步电机转子零位初始角度标定系统及其标定方法
技术领域
本发明涉及七成领域，特别是涉及一种用于CBS电子助力制动系统的永磁同步电机转子零位初始角度标定的标定系统。本发明还涉及一种用于CBS电子助力制动系统的永磁同步电机转子零位初始角度标定的标定方法。
背景技术
CBS电子助力制动系统在满足系统性能要求的前提下，产品结构趋于小型化和紧凑化方向发展。CBS控制器ECU集成到制动主缸上，既增强了控制器ECU的散热效果，又降低了系统成本。CBS系统永磁同步电机的转子角度信号采用了磁阻角度传感器，磁阻传感器使用的磁钢与电机转子同轴安装，并且磁钢极性随机安装，使得每台电机转子零位都需要进行标定。
由于CBS系统结构的特殊性，须在CBS系统装配完成后，即电机、控制器和机械安装完成，并且电气连接安装完成(电机的三相线和ECU的三相线通过电阻焊连接)，才能进行电机转子零位初始角度标定，使得CBS系统永磁同步电机转子零位初始角度的标定变得复杂。而传统通过电机反电势波形确定电机转子零位的方法在这种结构及装配条件下不能采用。目前采用的方法是通过控制器输出电机转子零位定向磁场，使得电机转子转动，转子磁场与电机零位重合时，读取磁阻传感器角度信号解析出电机零位初始角度，由于受机械系统摩擦力的影响，电机转子磁场与电机零位很难达到完全重合，这时解析的电机转子零位初始角度会有误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种能准确、快速完成CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定的标定系统。
本发明还提供了一种能能准确、快速完成CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定的标定方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的用于CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，包括：电机转子位置传感器、三相电流采集模块、三相电压采集模块、磁阻角度传感器、电机转子位置角度观测器和标定计算模块；
所述三相电流采集模块和三相电压采集模块采集被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压输出至电机转子位置角度观测器，所述电机转子位置角度观测器计算出第一角度输出至标定计算模块；
所述磁阻角度传感器采集被标定永磁同步电机的角度信号输出至电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器解析出第二角度输出至于标定计算模块；
所述标定计算模块根据预设标定规则标定永磁同步电机转子零位初始角度。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，所述被标定永磁同步电机被原动机带动以固定转速旋转，固定转速能提高标定精度。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，所述标定计算模块是CBS电机控制器ECU。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，所述电机转子位置角度观测器是二阶闭环系统。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，所述电机转子位置角度观测器采用以下方式计算第一角度；
将三相电压和三相电流经坐标变换得到αβ坐标系下的电机反电势，αβ坐标系下的电机反电势eα、eβ通过坐标变换得到dq坐标系下的电机反电势ed、eq；
ψ为d轴磁链；
ψ＝∫eddt 公式(1)；
电机转子角速度ω估算方程为
引入参数λ是可调节参数,满足磁链观测器的静态和动态误差分析；
通过公式(1)和公式(3)得到电机转子位置角度θ；
θ＝∫ωdt 公式(3)。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，通过调节参数λ的取值，能使电机转子位置角度观测器达到标定系统需求的响应速度。标定时电机运转方式由于电流较大不适用于长时间运行，因此要求转子位置计算要在尽量短的时间内完成。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，所述标定系统零位初始角度标定完成所需时间小于1S。
优选，所述标定系统零位初始角度标定完成所需时间为0.1S-0.2S。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，所述预设标定规则包括：
根据公式(4)判断电机转子是否位于零位初始角度；
第三角度＝第二角度-零位初始角度 公式(4)；
若第三角度＝第一角度则判断电机转子位于零位初始角度，记录零位初始角度，完成标定；
若第三角度≠第一角度则调整零位初始角度，直至第三角度＝第一角度。
本发明提供一种用于CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，包括以下步骤：
1)初始化，将电机转子零位初始角度设为零；
2)使被标定永磁同步电机以固定转速旋转；
3)同时采集被标定永磁同步电机三相电压信号、三相电流信号和电机转子位置传感器信号；
4)根据被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压计算出第一角度；
5)根据电机转子位置传感器信号解析出第二角度；
6)根据公式(5)判断电机转子是否位于零位初始角度；
第三角度＝第二角度-零位初始角度 公式(5)；
若第三角度＝第一角度则判断电机转子位于零位初始角度，记录零位初始角度，完成标定；
若第三角度≠第一角度则调整步骤1)中的零位初始角度设置然后返回步骤3)。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，采用CBS电机控制器ECU作为该标定方法的控制器。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，所述采用以下方式计算第一角度；
将三相电压和三相电流经坐标变换得到αβ坐标系下的电机反电势，αβ坐标系下的电机反电势eα、eβ通过坐标变换得到dq坐标系下的电机反电势ed、eq；
ψ为d轴磁链；
ψ＝∫eddt 公式(1)；
电机转子角速度ω估算方程为
引入参数λ是可调节参数,满足磁链观测器的静态和动态误差分析；
通过公式(1)和公式(3)得到电机转子位置角度θ；
θ＝∫ωdt 公式(3)。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，通过调节参数λ的取值，能调整第一角度计算速度。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，所述标定方法零位初始角度标定完成所需时间小于1S。
进一步改进所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，所述标定方法零位初始角度标定完成所需时间为0.1S-0.2S。
本发明通过MATLAB仿真，搭建了CBS电子助力制动系统电机转子零位初始角度标定模型，该模型具有一定的普遍性，通过仿真分析和验证，确认本发明标定系统和标定方法的有效性。仿真数据如图4所示，17为电机角度信号，18为电机通过本发明标定系统或标定方法得到的电机角度观测器输出角度。
通过仿真计算和CBS系统验证，电机转子角度观测器观测的转子位置角稳定时间非常短，而观测精度非常高，可以达到电机转子零位初始角度自动标定要求。
CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度是电机控制中的重要参数，直接影响电机控制性能。在CBS电子助力制动系统一体化结构设计的趋势下，通过本发明的标定系统和标定方法可以准确、快速的完成电机转子零位初始角度的标定，节省了生产成本。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是CBS电子助力制动系统结构示意图。
图2是本发明标定系统的逻辑逻辑框图。
图3是本发明电机转子位置角度观测器计算原理框图。
图4是本发明MATLAB仿真输出效果演示图。
图5是本发明标定方法的流程示意图。
附图标记说明
1是储液罐
2是制动主缸
3是主缸推杆
4是CBS电机控制器ECU
5是踏板接口
6是三相电流采样
7是三相电压采样
8是磁阻角度传感器采样
9是电机转子位置传感器输出角度
10是电机转子位置角度观测器输出角度
11是原动机
12是永磁同步电机
13是电机转子位置角度观测器
14电机转子位置传感器
15是标定计算模块
16是电机转子零位初始角
17是电机角度信号
18是电机通过本发明得到的电机角度观测器输出角度。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供的用于CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统一实施例，包括：电机转子位置传感器、三相电流采集模块、三相电压采集模块、磁阻角度传感器、电机转子位置角度观测器和标定计算模块；
所述被标定永磁同步电机被原动机带动以固定转速旋转，所述固定转速不限，只要在电机额定转速范围内即可，但考虑机械强度和控制器损耗，建议转速不要太高。采用CBS电机控制器ECU作为标定计算模块。
所述三相电流采集模块和三相电压采集模块采集被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压输出至电机转子位置角度观测器，所述电机转子位置角度观测器计算出第一角度输出至标定计算模块；
所述磁阻角度传感器采集被标定永磁同步电机的角度信号输出至电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器解析出第二角度输出至于标定计算模块；
所述标定计算模块根据预设标定规则标定永磁同步电机转子零位初始角度。
其中，所述电机转子位置角度观测器是二阶闭环系统，所述电机转子位置角度观测器采用以下方式计算第一角度；
将三相电压和三相电流经坐标变换得到αβ坐标系下的电机反电势，αβ坐标系下的电机反电势eα、eβ通过坐标变换得到dq坐标系下的电机反电势ed、eq；
ψ为d轴磁链；
ψ＝∫eddt 公式(1)；
电机转子角速度ω估算方程为
引入参数λ是可调节参数,满足磁链观测器的静态和动态误差分析；
通过公式(1)和公式(3)得到电机转子位置角度θ；
θ＝∫ωdt 公式(3)。
通过调节参数λ的取值，能使电机转子位置角度观测器达到标定系统需求的响应速度。所述标定系统零位初始角度标定完成所需时间为1S以内，本实施例为0.1S-0.2S。
其中，所述预设标定规则包括：
根据公式(4)判断电机转子是否位于零位初始角度；
第三角度＝第二角度-零位初始角度 公式(4)；
若第三角度＝第一角度则判断电机转子位于零位初始角度，记录零位初始角度，完成标定；
若第三角度≠第一角度则调整零位初始角度，直至第三角度＝第一角度。
如图5所示，本发明提供一种用于CBS电子助力制动系统永磁同步电机转子零位初始角度标定的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，包括以下步骤：
1)初始化，将电机转子零位初始角度设为零；采用CBS电机控制器ECU作为该标定方法的控制器；
2)使被标定永磁同步电机以固定转速旋转；
3)同时采集被标定永磁同步电机三相电压信号、三相电流信号和电机转子位置传感器信号；
4)根据被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压计算出第一角度；
所述采用以下方式计算第一角度；
将三相电压和三相电流经坐标变换得到αβ坐标系下的电机反电势，αβ坐标系下的电机反电势eα、eβ通过坐标变换得到dq坐标系下的电机反电势ed、eq；
ψ为d轴磁链；
ψ＝∫eddt 公式(1)；
电机转子角速度ω估算方程为
引入参数λ是可调节参数,满足磁链观测器的静态和动态误差分析，通过调节参数λ的取值，能调整第一角度计算速度；
通过公式(1)和公式(3)得到电机转子位置角度θ；
θ＝∫ωdt 公式(3)。
5)根据电机转子位置传感器信号解析出第二角度；
6)根据公式(5)判断电机转子是否位于零位初始角度；
第三角度＝第二角度-零位初始角度 公式(5)；
若第三角度＝第一角度则判断电机转子位于零位初始角度，记录零位初始角度，完成标定；
若第三角度≠第一角度则调整步骤1)中的零位初始角度设置然后返回步骤3)。
其中，上述实施例标定方法零位初始角度标定完成所需时间小于1S，本实施例为0.1S-0.2S。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，用于CBS电子助力制动系统的永磁同步电机转子零位初始角度标定，其特征在于，包括：电机转子位置传感器、三相电流采集模块、三相电压采集模块、磁阻角度传感器、电机转子位置角度观测器和标定计算模块；
所述三相电流采集模块和三相电压采集模块采集被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压输出至电机转子位置角度观测器，所述电机转子位置角度观测器计算出第一角度输出至标定计算模块；
所述磁阻角度传感器采集被标定永磁同步电机的角度信号输出至电机转子位置传感器，所述电机转子位置传感器解析出第二角度输出至于标定计算模块；
所述标定计算模块根据预设标定规则标定永磁同步电机转子零位初始角度。
2.如权利要求1所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：所述被标定永磁同步电机被原动机带动以固定转速旋转。
3.如权利要求1所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：所述标定计算模块是CBS电机控制器ECU。
4.如权利要求1所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：所述电机转子位置角度观测器是二阶闭环系统。
5.如权利要求4所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：所述电机转子位置角度观测器采用以下方式计算第一角度；
将三相电压和三相电流经clark坐标变换得到αβ坐标系下的电机反电势，αβ坐标系下的电机反电势eα、eβ通过park坐标变换得到dq坐标系下的电机反电势ed、eq；
ψ为d轴磁链；
ψ＝∫eddt 公式(1)；
构造电机转子角速度ω估算方程为
引入参数λ是可调节参数,满足磁链观测器的静态和动态误差分析；
通过公式(1)和公式(3)得到电机转子位置角度θ；
θ＝∫ωdt 公式(3)。
6.如权利要求4所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：通过调节参数λ的取值，能使电机转子位置角度观测器达到标定系统需求的响应速度。
7.如权利要求6所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：所述标定系统零位初始角度标定完成所需时间小于1S。
8.如权利要求7所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于：所述标定系统零位初始角度标定完成所需时间为0.1S-0.2S。
9.如权利要求1-8任意一项所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定系统，其特征在于，所述预设标定规则包括：
根据公式(4)判断电机转子是否位于零位初始角度；
第三角度＝第二角度-零位初始角度 公式(4)；
若第三角度＝第一角度则判断电机转子位于零位初始角度，记录零位初始角度，完成标定；
若第三角度≠第一角度则调整零位初始角度，直至第三角度＝第一角度。
10.一种永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，用于CBS电子助力制动系统的永磁同步电机转子零位初始角度标定，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化，将电机转子零位初始角度设为零；
2)使被标定永磁同步电机以固定转速旋转；
3)同时采集被标定永磁同步电机三相电压信号、三相电流信号和电机转子位置传感器信号；
4)根据被标定永磁同步电机的三相电流和三相电压计算出第一角度；
5)根据电机转子位置传感器信号解析出第二角度；
6)根据公式(5)判断电机转子是否位于零位初始角度；
第三角度＝第二角度-零位初始角度 公式(5)；
若第三角度＝第一角度则判断电机转子位于零位初始角度，记录零位初始角度，完成标定；
若第三角度≠第一角度则调整步骤1)中的零位初始角度设置然后返回步骤3)。
11.如权利要求10所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，其特征在于：采用CBS电机控制器ECU作为该标定方法的控制器。
12.如权利要求10所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，其特征在于：所述采用以下方式计算第一角度；
将三相电压和三相电流经坐标变换得到αβ坐标系下的电机反电势，αβ坐标系下的电机反电势eα、eβ通过坐标变换得到dq坐标系下的电机反电势ed、eq；
ψ为d轴磁链；
ψ＝∫eddt 公式(1)；
电机转子角速度ω估算方程为
引入参数λ是可调节参数,满足磁链观测器的静态和动态误差分析；
通过公式(1)和公式(3)得到电机转子位置角度θ；
θ＝∫ωdt 公式(3)。
13.如权利要求12所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，其特征在于：通过调节参数λ的取值，能调整第一角度计算速度。
14.如权利要求10所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，其特征在于：所述标定方法零位初始角度标定完成所需时间小于1S。
15.如权利要求14所述的永磁同步电机转子零位初始角度标定方法，其特征在于：所述标定方法零位初始角度标定完成所需时间为0.1S-0.2S。
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Application publication date: 20190709

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