CN109995297B - 一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法，包括：标定电桥旋变初始偏移角；控制电桥自动加速过程状态；标定电桥自由状态下旋变偏移角。在电桥总成进入自由运行状态后，由UV相电压比较电路输出的硬件跳变信号处的基准值减去当前旋转变压器采集到的角度信号即为旋变偏移角度；多次循环偏移角计算，丢弃偏差较大的值，对有效的采样值取平均值；正反转自由状态采用同样的计算方法，最后将正反转得到的结果再进行取平均值的方法计算得到最终标定的旋变零位偏移角。本发明采用了开路反电势偏移角标定算法，该算法标定的偏移角度一致性高，精度很高；该标定方法中算法的误差引入途径少，完全不依赖于电机参数和凸极性效应。

Description

一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机，特别涉及一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法。

背景技术

由于永磁同步电机的生产过程无法保证转子偏移角的一致性，因此转子偏移角的标定是一个必不可少的过程。尤其对于大批量生产，同时对生产环节有严格要求的汽车行业，需要有一种简单快速的偏移角标定方法。

目前现有的测试永磁同步电机电桥总成初始旋变偏移角是将被测电桥总成与测功电机通过固定装置固定在台架上，两个电机系统同轴安装，中间连接着扭矩传感器。用测功机按照规定将测电桥总成拖至规定转速，在规定转速下，给定一定的弱磁电流，在不考虑摩擦扭矩的情况下，通过调整转子偏移角的方式，将传感器采集到电桥总成轴端扭矩调整为零，然后记录下此时偏移角，既设置为电桥总成零位偏移角。

目前采用上述给定弱磁电流标偏移角的方法会比较受电机参数和凸极性的影响。在不同的定子温度下，磁链值会产生变化，这样得到的扭矩会不同，如果用同样的输入参数，扭矩传感器会得到不同的扭矩，此时靠调整偏移角去将扭矩调整为零，需要调整的角度范围会不同，得到的测试结果就会有偏差。测试用的弱磁电流的取值选用哪种范围不是固定的，弱磁电流取值的不同，也会带来测试结果的不同。扭矩传感器的精度，台架的拖曳扭矩和电桥的摩擦扭矩都会对测试结果产生影响。

发明内容

本发明目的是：提供一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法。以UV两相的开路反电势切换点，即线线电压过零点作为触发信号来计算转子偏移角，引入较少的误差途径，提高测试精度，不依赖于电桥参数和凸极性，算法实现简单。

本发明的技术方案是：

一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法，包括步骤：

S1、标定电桥旋变初始偏移角；

S2、控制电桥自动加速过程状态；

S3、标定电桥自由状态下旋变偏移角。

优选的，步骤S1标定电桥旋变初始偏移角,是将永磁同步电机电桥系统固定到台架上，电桥轴端不连接任何负载，给定控制器接通正常的高低压电源，通过两个状态机的跳转来实现标定旋变初始角度。

优选的，步骤S1中标定电桥旋变初始偏移角包括：首先通过标定参数，让标定状态机从初始化状态跳入旋变初始偏移角标定状态，并打开IGBT驱动；下一步给定一个高频固定的Uα电压，Uβ电压给零，同时开始计时；如果计数达到一定值，跳出初始零位标定状态，返回初始化状态；在标定过程中，如果电桥初始零位角不为0，此时电桥轴会转动一下后停止，此时通过旋变采集到的转子角度即为电桥旋变偏移角；将电桥旋变偏移角记录下来，写入到非易失性存储器中，然后关闭IGBT驱动。

优选的，步骤S2中控制电桥自动加速过程状态通过一个状态机来实现：

第一步，处于默认状态，然后发送跳转命令以及判断电桥当前转速跳入自动加速状态；

第二步，在自动加速状态内，打开IGBT驱动，给定正向扭矩，电桥总成开始正转，当电桥总成转速超过一定值时，将给定扭矩清零；

第三步，状态机从上一步跳入到正转自由标定状态，将所处状态发送给电机控制器IGBT控制模块，让IGBT关断，让电桥总成处于自由运行状态；在正转自由运行模式，通过PWM中断触发时刻的基准角减去此刻的传感器旋变角度得到旋变初始偏移角，多次循环计算偏移角，进行平均值滤波；

第四步，当电桥总成随着惯性速度降低或者标定时间超时一定值后，跳出正转自由运行模式，跳入反转加速，自动给定一定负扭矩，让电桥总成反转；

第五步，当电桥总成反向转速达到一定值后，跳入反转自由运行模式，在反转自由运行模式下，通过PWM中断触发时刻的基准角减去此刻的传感器旋变角度得到旋变初始偏移角，多次循环计算偏移角，进行平均值滤波；

第六步，当反转标定完成后，如果收到自由运行状态标定完成的标志，跳入到标定成功状态。

优选的，步骤S3中标定电桥自由状态下旋变偏移角包括：在电桥总成进入自由运行状态后，在该状态下，由UV相电压比较电路输出的硬件跳变信号处的基准值减去当前旋转变压器采集到的角度信号即为旋变偏移角度；多次循环偏移角计算，丢弃偏差较大的值，对有效的采样值取平均值；正反转自由状态采用同样的计算方法，最后将正反转得到的结果再进行取平均值的方法计算得到最终标定的旋变零位偏移角。

优选的，所述UV相电压，由硬件电路采集到UV两相的反电势电压，然后通过比较电路后输出一个跳变的硬件信号；当U相电压大于V相电压时，比较器的输出端为1，否则为0；在一个电角度周期内，该比较器的输出端产生上升沿一次，下降沿一次，通过硬件的IO端口获取信号。

优选的，永磁同步电机电桥总成在自由运转下，产生的反电势是三相正旋波形；如果不存在偏移角的情况下，UVW三相的反电势波形在一个电角度周期内的交点对应的角度固定，该角度可用于作为偏移角计算的基准。

优选的，当采集到硬件比较电路输出的信号跳变时就是UV两相相交点，用交点处的基准角度减去当前旋变采集到的角度得到所需零位偏移角。

优选的，采用磁定位法来标定电桥总成的旋变偏移角，给永磁同步电机电桥中电机定子通以一个已知大小和方向的电流矢量，并维持一段时间，产生一个固定的磁场，该固定磁场与转子磁场相互作用，从而迫使永磁同步电机转子转动到该电流矢量对应的位置，稳定后以此作为电机转子的初始位置，进行控制。

本发明的优点是：

本发明的用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法，采用了开路反电势偏移角标定算法，该算法标定的偏移角度一致性高，精度很高；该标定方法中算法的误差引入途径少，完全不依赖于电机参数和凸极性效应。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法的流程图；

图2为为UV相电压比较电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法，包括步骤：

S1、标定电桥旋变初始偏移角；

S2、控制电桥自动加速过程状态；

S3、标定电桥自由状态下旋变偏移角。

步骤S1标定电桥旋变初始偏移角,是将永磁同步电机电桥系统固定到台架上，电桥轴端不连接任何负载，给定控制器接通正常的高低压电源，通过两个状态机的跳转来实现标定旋变初始角度。步骤S1中标定电桥旋变初始偏移角包括：首先通过标定参数，让标定状态机从初始化状态跳入旋变初始偏移角标定状态，并打开IGBT驱动；下一步给定一个高频固定的Uα电压，Uβ电压给零，同时开始计时；如果计数达到一定值，跳出初始零位标定状态，返回初始化状态；在标定过程中，如果电桥初始零位角不为0，此时电桥轴会转动一下后停止，此时通过旋变采集到的转子角度即为电桥旋变偏移角；将电桥旋变偏移角记录下来，写入到非易失性存储器中，然后关闭IGBT驱动。

步骤S2中控制电桥自动加速过程状态通过一个状态机来实现：

第一步，处于默认状态，然后发送跳转命令以及判断电桥当前转速跳入自动加速状态；

第二步，在自动加速状态内，打开IGBT驱动，给定正向扭矩，电桥总成开始正转，当电桥总成转速超过一定值时，将给定扭矩清零；

第三步，状态机从上一步跳入到正转自由标定状态，将所处状态发送给电机控制器IGBT控制模块，让IGBT关断，让电桥总成处于自由运行状态；在正转自由运行模式，通过PWM中断触发时刻的基准角减去此刻的传感器旋变角度得到旋变初始偏移角，多次循环计算偏移角，进行平均值滤波；

第四步，当电桥总成随着惯性速度降低或者标定时间超时一定值后，跳出正转自由运行模式，跳入反转加速，自动给定一定负扭矩，让电桥总成反转；

第五步，当电桥总成反向转速达到一定值后，跳入反转自由运行模式，在反转自由运行模式下，通过PWM中断触发时刻的基准角减去此刻的传感器旋变角度得到旋变初始偏移角，多次循环计算偏移角，进行平均值滤波；

第六步，当反转标定完成后，如果收到自由运行状态标定完成的标志，跳入到标定成功状态。

步骤S3中标定电桥自由状态下旋变偏移角包括：在电桥总成进入自由运行状态后，在该状态下，由UV相电压比较电路输出的硬件跳变信号处的基准值减去当前旋转变压器采集到的角度信号即为旋变偏移角度；多次循环偏移角计算，丢弃偏差较大的值，对有效的采样值取平均值；正反转自由状态采用同样的计算方法，最后将正反转得到的结果再进行取平均值的方法计算得到最终标定的旋变零位偏移角。

如图2所示，所述UV相电压，由硬件电路采集到UV两相的反电势电压，其中电阻R1、R3、R5和电容C1采集U相的反电势电压，电阻R2、R4、R6和电容C2采集V相的反电势电压，然后通过比较电路A比较后，通过电阻R7、R8和电容C3输出一个跳变的硬件信号IO；当U相电压大于V相电压时，比较器的输出端为1，否则为0；在一个电角度周期内，该比较器的输出端产生上升沿一次，下降沿一次，通过硬件的IO端口获取信号。

永磁同步电机电桥总成在自由运转下，产生的反电势是三相正旋波形；如果不存在偏移角的情况下，UVW三相的反电势波形在一个电角度周期内的交点对应的角度固定，该角度可用于作为偏移角计算的基准。

当采集到硬件比较电路输出的信号跳变时就是UV两相相交点，用交点处的基准角度减去当前旋变采集到的角度得到所需零位偏移角。

本发明也可以采用磁定位法来标定电桥总成的旋变偏移角，给永磁同步电机电桥中电机定子通以一个已知大小和方向的电流矢量，并维持一段时间，产生一个固定的磁场，该固定磁场与转子磁场相互作用，从而迫使永磁同步电机转子转动到该电流矢量对应的位置，稳定后以此作为电机转子的初始位置，进行控制。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于永磁同步电机电桥总成的初始旋变角度标定方法，其特征在于，包括步骤：

S1、标定电桥总成旋变初始偏移角；

S2、控制电桥总成自动加速过程状态；

S3、标定电桥总成自由运行状态下旋变偏移角；

步骤S1中标定电桥总成旋变初始偏移角包括：首先通过标定参数，让标定状态机从初始化状态跳入旋变初始偏移角标定状态，并打开IGBT驱动；下一步给定一个高频固定的Uα电压，Uβ电压给零，同时开始计时；如果计时达到一定值，跳出旋变初始偏移角标定状态，返回初始化状态；在标定过程中，如果电桥总成初始零位角不为0，此时电桥轴会转动一下后停止，此时通过旋变采集到的转子角度即为电桥总成旋变初始偏移角；将电桥总成旋变初始偏移角记录下来，写入到非易失性存储器中，然后关闭IGBT驱动；

步骤S1标定电桥总成旋变初始偏移角,是将电桥总成固定到台架上，电桥轴端不连接任何负载，电机控制器接通正常的高低压电源，通过两个状态的跳转来实现标定电桥总成旋变初始偏移角；

步骤S2中控制电桥总成自动加速过程状态通过一个状态机来实现：

第一步，处于默认状态，然后发送跳转命令以及判断电桥总成当前转速，跳入自动加速状态；

第二步，在自动加速状态内，打开IGBT驱动，给定正向扭矩，电桥总成开始正转，当电桥总成转速超过一定值时，将给定正向扭矩清零；

第三步，状态机从上一步跳入到正转自由标定状态，将所处状态发送给电机控制器的IGBT控制模块，让IGBT关断，让电桥总成处于正转自由运行状态；在正转自由运行状态，通过PWM中断触发时刻的基准角减去此刻的旋变采集到的转子角度得到旋变偏移角，多次循环计算旋变偏移角，进行平均值滤波；

第四步，当电桥总成随着惯性转速降低到一定值或者标定时间超时一定值后，跳出正转自由运行状态，跳入反转加速状态，自动给定一定负扭矩，让电桥总成反转；

第五步，当电桥总成反向转速达到一定值后，跳入反转自由运行状态，在反转自由运行状态下，通过PWM中断触发时刻的基准角减去此刻的旋变采集到的转子角度得到旋变偏移角，多次循环计算旋变偏移角，进行平均值滤波；

第六步，当反转标定完成后，如果收到自由运行状态标定完成的标志，跳入到标定成功状态；

步骤S3中标定电桥总成自由运行状态下旋变偏移角包括：在电桥总成进入自由运行状态后，在该自由运行状态下，由UV相电压比较电路输出的硬件跳变信号处的基准角减去当前旋变采集到的转子角度得到旋变偏移角；多次循环计算旋变偏移角，对采样值取平均值；正反转自由运行状态采用同样的计算方法，最后将正反转得到的结果再进行取平均值的方法计算得到最终标定的初始旋变角度；

所述UV相电压，是由硬件电路采集到的UV两相的反电势电压，然后所述UV相电压通过UV相电压比较电路后输出一个跳变的硬件信号；当U相电压大于V相电压时，UV相电压比较电路的输出端为1，否则为0；在一个电角度周期内，该UV相电压比较电路的输出端产生上升沿一次，下降沿一次，通过硬件电路的IO端口获取信号；

电桥总成在自由运行状态下，产生的反电势电压是三相正弦波形；如果不存在转子旋变偏移角的情况下，UVW三相的反电势电压波形在一个电角度周期内的交点对应的角度固定，该交点对应的角度可用于作为旋变偏移角计算的基准；

当采集到UV相电压比较电路输出的信号跳变时就是UV两相反电势电压波形交点，用交点处的基准角减去当前旋变采集到的转子角度得到所需旋变偏移角。

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