CN110224652A - 基于增量式编码器校正转子磁极位置方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法、系统及介质，首先，获取校正给定值，然后获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量，根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值，最后根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。通过将当前时刻的计数值与校正给定值进行比较，以得到补偿量，由所述补偿量对位置偏差进行补偿校正，保证了电机正常逻辑的有效执行。

Description

基于增量式编码器校正转子磁极位置方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及机械控制技术领域，具体涉及基于增量式编码器校正转子磁极位置方法、系统及介质。

背景技术

永磁同步电机(简称电机)就是将电能与机械能相互转换的一种电力元器件。当电能被转换成机械能时，电机表现出电动机的工作特性，当电能被转换成机械能时，电机表现出发电机的工作特性。电机主要由转子、定子绕组、转速传感器以及外壳等零部件组成。永磁指的是在制造电机转子时加入永磁体，使电机的性能得到进一步的提升。而所谓同步，则指的是转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。永磁同步电机具有高功率密度、高效率、低损耗、体积小和结构简单等特点，得到了越来越广泛的应用。在永磁同步电机伺服系统中，伺服驱动器可通过控制电机三相定子电流的频率、幅值和相位，实现对定子磁动势的大小和方位的控制，从而实现对电机的控制，为了有效控制定子磁动势，需要获取精准的电机转子磁极位置，因此永磁同步电机优越的控制性能需要准确的转子磁极位置信息。

为了保证永磁同步电机稳定可靠运行，需要检测永磁同步电机转子磁极位置，为了检测永磁同步电机转子磁极位置，通常会在永磁同步电机上安装位置传感器，通过计算位置传感器的角度来达到检测永磁同步电机转子磁极位置的目的，该位置传感器可以为增量式编码器或绝对式编码器。

增量式编码器构造简单，平均寿命长，抗干扰能力强，可靠性高，适合于连续运转高精度定位控制，在伺服系统中通常使用增量式编码器来进行转子磁极位置检测，而伺服系统其通常应用在电磁干扰严重的恶劣环境。增量式编码器会受到周围环境中较强干扰的影响。若增量式编码器受到外界干扰，编码器检测到的转子磁极位置与实际转子磁极位置有偏差，且位置偏差会随着时间的增加而逐渐增大。与此同时，电机的三相定子电流会随着该位置偏差逐渐增大而缓慢发散，从而影响电机的控制性能。检测反馈信号错误是难以避免的，当错误发生时，需要有一种方法自动对错误进行矫正，否则电机正常的控制逻辑无法有效执行。

因此现在亟需一种能基于增量式编码器校正电机转子磁极位置的方案。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是编码器检测到的转子磁极位置与实际转子磁极位置有偏差，而位置偏差会随着时间的增加而逐渐增大，进而电机正常的控制逻辑无法有效执行。

根据第一方面，一种实施例中提供一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，包括：

获取校正给定值；

获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；

根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量；

根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值；

根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。

在另一种实施方式中，所述获取校正给定值包括：

获取电机转子的初始位置角；

控制电机转子从所述初始位置角转动；

检测增量式编码器输出的AB脉冲信号是否丢失；

在增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失下，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，作为校正给定值，其中，所述计数器在达到电机转动一圈所对应的AB脉冲信号理论值时清零。

在另一种实施方式中，所述检测增量式编码器输出的AB脉冲信号是否丢失包括：

针对前后两次，在检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取对应的计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；

针对该前后两次，将得到的数值进行相减；

在相减的数值为零时，判断增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失。

在另一种实施方式中，所述根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量包括：

将所述校正给定值减去所述当前时刻的计数值，得到补偿量。

在另一种实施方式中，所述根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值包括：

将所述补偿量添加至所述当前时刻的计数值中，得到修正后的当前时刻的计数值；

根据所述修正后的当前时刻的计数值进行计数，得到下一时刻正确的计数值；

或

获取下一时刻的计数值；

将所述补偿量添加至所述下一时刻的计数值中，计算得到下一时刻正确的计数值。

在另一种实施方式中，所述根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置包括：

根据下一时刻正确的计数值，得到相应的转子磁极位置电角度；

根据所述转子磁极位置电角度，输出正确的电机转子磁极位置。

在另一种实施方式中，所述根据下一时刻正确的计数值，得到相应的转子磁极位置电角度包括：

根据下一时刻正确的计数值和转子磁极位置电角度函数，得到相应的转子磁极位置电角度；其中，所述转子磁极位置电角度函数包括：其中，θ是转子磁极位置电角度，P为增量式编码器所引用的永磁同步电机的极对数，N是QEP电路为定时器T2提供的时钟倍频，M是增量式编码器中增量式光码盘的分辨率，CntAfDeal是下一时刻正确的计数值。

在另一种实施方式中，所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法还包括：

将所述正确的电机转子磁极位置用于所述电机的控制中，以驱动所述电机的运行。

根据第二方面，一种实施例中提供一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置系统，包括：

校正给定值获取单元，用于获取校正给定值；

当前计数值获取单元，用于获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；

补偿单元，用于根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量；

下一刻计数值获取单元，用于根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值；

位置确定单元，用于根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。

根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上任一项所述基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法。

本申请的有益效果是：

本申请提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法、系统及介质，首先，获取校正给定值，然后获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量，根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值，最后根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。通过将当前时刻的计数值与校正给定值进行比较，以得到补偿量，由所述补偿量对位置偏差进行补偿校正，保证了电机正常逻辑的有效执行，且所述校正给定值相对于相邻两次检测到Z脉冲时刻所获取的AB脉冲数来说是一个定值，其处理过程简单且不易出现误差。

本申请提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置系统，包括：校正给定值获取单元，用于获取校正给定值；当前计数值获取单元，用于获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；补偿单元，用于根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量；下一刻计数值获取单元，用于根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值；位置确定单元，用于根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。通过将当前时刻的计数值与校正给定值进行比较，以得到补偿量，由所述补偿量对位置偏差进行补偿校正，保证了电机正常逻辑的有效执行，且所述校正给定值相对于相邻两次检测到Z脉冲时刻所获取的AB脉冲数来说是一个定值，其处理过程简单且不易出现误差。

附图说明

图1为本发明实施例提供的伺服系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法流程示意图；

图3为本发明实施例提供的增量式编码器工作原理流程示意图；

图4为本发明实施例提供的增量式编码器的输出波形示意图；

图5为本发明实施例提供的增量式编码器的码盘示意图；

图6为本发明实施例提供的增量式编码器的另一种示意图

图7为本发明实施例提供的获取校正给定值流程示意图；

图8为本发明实施例提供的检测增量式编码器输出的AB脉冲信号流程示意图；

图9为本发明实施例提供的第一种补偿计算方式流程示意图；

图10为本发明实施例提供的第二种补偿计算方式流程示意图；

图11为本发明实施例提供的磁极位置角偏差向量图；

图12为本发明实施例提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置示意图；

图13为本发明实施例提供的另一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法流程示意图；

图14为本发明实施例提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置系统示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

现有技术中在编码器信号丢失时，会采用编码器Z信号校正AB信号、AB信号校正Z信号的方法间接校正电机转子磁极位置，需要说明的是，本申请中所说的AB信号指编码器输出的A脉冲信号和B脉冲信号。例如，利用增量式编码器Z信号校正AB信号的具体做法，伺服驱动器的正交编码电路(QEP电路)捕获编码器当前Z信号脉冲，并通过正交编码器电路获取在捕获Z脉冲信号时所对应的AB脉冲信号的计数值，然后获取上一次在捕获Z脉冲信号时所对应的AB脉冲信号的计数值，计算这前后两次AB脉冲数的差值，以上一次捕获Z脉冲信号时所对应的AB脉冲信号的计数值为基准，根据这个差值进行补偿，以消除转子磁极位置偏差。即在T0时刻捕获到了Z脉冲信号，获取T0时刻记录到的AB脉冲信号的数值M，当前时刻在T1时刻，在T1时刻捕获到了Z脉冲信号，获取当前时刻T1记录到的AB脉冲信号的数值N，计算这前后两次AB脉冲数的差值为MN，以M为基准，根据MN补偿量对M进行计算处理，消除转子磁极位置偏差，发明人在实现本发明基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法时发现在操作的过程中，每次都根据上一时刻获取到的AB脉冲信号的数值M不是一个定值，则每次进行补偿时获得到的上一时刻获取到的AB脉冲信号的数值M都是不同的数值，则根据不确定的值进行校正处理，繁琐且极易产生处理误差，寄存器需要不断更新保存上一时刻获取到的AB脉冲信号的数值M。

实施例一

参见图1，伺服驱动器，由驱动板和控制板构成，控制伺服电机启停、转速、位置等，对电机进行各种保护，如过载、过压、过流等，其执行下述基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法。伺服电机，作为一个被控制对象，也可以称为伺服驱动器的执行机构。增量式编码器，将电机转子位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，可以通过脉冲数计算转子的转速、角度等。

本发明实施例提供了一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，由伺服驱动器执行所述基于增量式编码器校正电机转子磁极位置，或是由电机控制系统之外的控制终端设备来执行所述基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法。参见图2，图2为本发明实施例提供的一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法流程示意图。该方法可以包括步骤S11到步骤S15，下面具体说明。

步骤S11，获取校正给定值。

在本发明实施例中，相较于每次都是使用QEP电路在上一次检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值与当前检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值进行比较，通过获取一个校正给定值，该校正给定值可以预先获取之后保存下来，则无需每次都要记录上一次得到的AB脉冲信号计数值，且也无需每次都更新AB脉冲信号计数值，计算过程简单，且不易出错。

需要说明的是，对永磁同步电机进行矢量控制时，控制器控制定子三相电流合成磁场的矢量方向。为了有效控制定子矢量，需要对转子磁极位置进行精确测量。在电机上转子上安装位置传感器，如光电编码盘，旋转变压器等，并在控制板上安装解码芯片。位置传感器的初始定位主要目的是获得在电机转子磁极位置角为0°时对应的编码器绝对角度，根据这一信息可以使得电机转子磁极位置角与编码器的绝对角度一一对应。在电机转子上安装增量式编码器，编码器输出A、B、Z等3路脉冲信号，其屮A、B脉冲信号相互正交，A、B脉冲的相位和频率可以代表转子的转向和转速。转子每旋转一周编码器输出一个Z脉冲信号，Z脉冲对应转子上确定的电角度位置，由此可以根据编码器输出的信号确定电机转子的磁极位置。

需要说明的是，增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。增量式编码器转轴旋转时，直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相，把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时，可利用90度相位差的A、B两路信号对原脉冲数进行倍频，或者更换高分辨率编码器。其工作原理如下，参见图3，在一个码盘的边缘上开有相等角度的缝隙(分为透明和不透明部分)，在开缝码盘两边分别安装光源及光敏元件。当码盘随工作轴一起转动时，每转过一个缝隙就产生一次光线的明暗，变化，再经整形放大，可以得到一定幅值和功率的电脉冲输出信号，脉冲数就等于转过的缝隙数。将该脉冲信号送到计数器中去进行计数，从测得的码数就能知道码盘转过的角度。增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加(正方向)或减少(负方向)，参见图4和图5，A、B两点对应两个光敏接受管，A、B两点间距为S2，角度码盘的光栅间距分别为S0和S1，当角度码盘以某一个速度转动时，那图4中的输出波形中的S0：S1：S2比值与图5的S0：S1：S2比值相同，我们把当前的A、B输出值保存起来，与下一个A、B输出值做比较，就可得到角度码盘的运动方向，如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1的弧度夹角相同，且S2等于S0的二分之一，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的二分之一，再除以所消耗的时间，就得到角度码盘的运动位置角速度。S0等于S1时，且S2等于S0的二分之一时，四分之一个周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1时，且S2不等于S0的二分之一时，一个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度。

需要说明的是，QEP电路是正交编码脉冲电路，一般用于旋转机械的光电编码器接口，以获得其位置和速率信息。DSP的每个时间管理器都有一个正交编码器脉冲(QEP)电路。当QEP电路被使能时可以对CAP1/QEP1和CAP2/QEP2(对于EVA模块)引脚上的正交编码输入脉冲进行解码和计数。正交编码脉冲电路可用于连接光电编码器以获得旋转机械的位置和速率。QEP电路用来从安装在旋转轴上的增量编码电路获得方向和速度信息，如图6所示，两个光敏接受管产生“通道A”和“通道B”两个数字脉冲信号。这两个数字脉冲可以产生4种状态，QEP单元的定时器根据状态变化次序和状态转换速度递增或者递减计数。在固定的时间间隔内读取并比较定时器计数器的值就可以获得速度或者位置信息。

在本发明实施例中，参见图7，步骤S11获取校正给定值包括步骤S21至步骤S24，下面具体说明。

步骤S21，获取电机转子的初始位置角。

需要说明的是，电机要转动起来，其定子绕组的旋转磁场与转子中永磁体产生的磁场有对应关系，而定子绕组产生的旋转磁场由通入绕组中的电流(或者加载电压)决定，转子的磁场方向即为d轴方向，这就意味着需要让电流或者电压激励的初始相位角相位与转子磁场的相位进行匹配。转子的初始位置角指的是转子在0时刻的初始位置，设置这一个角度，转子磁极位置会发生相应的改变。

在本发明实施例中，可以通过直接测量方法和间接测量方法获取电机转子的初始位置角，直接测量方法，电机转子的初始位置通常可以由测量电机反电势过零点和转子磁极位置传感器角度的对应关系获得。测量电机反电势时，需要电机绕组开路，拖动被测电机转子以固定转速旋转，同时测量反电势和转子磁极位置角度信号，找到角度对应关系。这种方法通常需要用到示波器或电压传感器等设备。间接测量方法，将电机转子停到与定子A相轴线重合的位置，也就是零度角位置，此时从旋变解码芯片读出当前位置信息，即为电机转子的初始位置。把电机旋转到与定子A相轴线重合的位置，需要给电机提供一个A轴轴线重合的电压矢量，此时电机的电流从A相流入电机并从B和C相流出电机。

具体的，可以根据以下方式获取电机转子的初始位置角，通直流电压控制永磁同步电机将转子拉至0°角，即是dq轴αβ轴夹角为0°角，然后通直流电压控制永磁同步电机将转子拉至60°角，即是dq轴αβ轴夹角为60°角，再通直流电压控制永磁同步电机将转子拉至0°角，即是dq轴αβ轴夹角为0°角，获取此刻得到的位置角即为电机转子的初始位置角。

步骤S22，控制电机转子从所述初始位置角转动。

在步骤S21获取得到了电机转子的初始位置角之后，根据所述初始位置角进行转动，即通直流电压控制永磁同步电机将转子拉至0°角，即是dq轴αβ轴夹角为0°角，然后通直流电压控制永磁同步电机将转子拉至60°角，即是dq轴αβ轴夹角为60°角，再通直流电压控制永磁同步电机将转子拉至0°角，即是dq轴αβ轴夹角为0°角，最后从此处开始正常旋转运行。

在本发明实施例中，步骤S21获取电机转子初始位置角就是为了让电机能正常启动，且在步骤S22控制电机从所述初试位置角进行转动，保证了电机的正常旋转运行。

步骤S23，检测增量式编码器输出的AB脉冲信号是否丢失。

在控制电机从初试位置角开始正常启动后，要从该位置进行转动，获取从该初试位置角转动的对应的应得到的校正给定值。在电机正常启动后，检测连接在电机转子上的增量式编码器输出的AB脉冲信号是否丢失，以保证获取得到的校正给定值是一个正确的可靠性高的数值。

在本发明实施例中，参见图8，所述步骤S23包括以下步骤S31至步骤S33，下面具体说明。

步骤S31，针对前后两次，在检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取对应的计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值。

在本发明实施例中，在执行步骤S22后，电机正常启动，针对前后两次检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取对应的计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值。示例性的，在执行步骤S22后，在T1时刻检测到了增量式编码器的Z脉冲信号输出，获取此时计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值a，在在T2时刻检测到了增量式编码器的Z脉冲信号输出，获取此时计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值b。

步骤S32，针对该前后两次，将得到的数值进行相减。

在本发明实施例中，将前后两次获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值相减。示例性的，将上述记载的a与b进行相减。

步骤S33，在相减的数值为零时，判断增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失。

在本发明实施例中，在上述记载的a与b进行相减后的数值为0，即在前后两次检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取的计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值是一样的，则AB脉冲信号不丢失。

在本发明实施例中，伺服驱动器控制永磁同步电机运行，在运行过程中，伺服驱动器的正交编码电路(QEP电路)接收增量式编码器产生的Z脉冲和AB脉冲，并构建一个最大值为PGQepMax的计数器(PG计数器)，PG计数器对编码器AB脉冲进行计数，其中，最大值PGQepMax＝N*M-1为转子转动一圈对应的AB脉冲数，N表示QEP电路为定时器T2提供的时钟倍频，M表示所述增量式编码器中光电码盘的分辨率。倍频就是使输出端信号频率为输入端信号频率的倍数,实现输出频率为输入频率2、3、4、n倍的电路,分别叫2倍频、3倍频、4倍频、n倍频电路。使用时钟倍频的原因是QEP电路进行工作时，它的两路(CAP1_QEP1、CAP2_QEP2)正交编码脉冲的上升沿和下降沿都会进行计数，无论检测到那个引脚的上升沿或下降沿，都会产生一个时钟脉冲，这个时钟脉冲就会提供的定时器进行计数。例如，编码的的分辨率为2500线，两路时钟脉冲的时钟倍频就为4，则最大值为9999，即一圈10000个AB脉冲。构建的最大值PGQepMax＝N*M-1表示电机转子转动一圈对应的AB脉冲理论值。计数器是一个从0-PGQepMax循环计数器，当计数器累加到PGQepMax时会重新从零开始计数。那么当前后两次获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值相减为零时，前后有两次捕获到一次Z脉冲，即使转了一圈，计数器会在达到电机转动一圈所对应的AB脉冲信号理论值时清零，清零后，前后两次捕获到一次Z脉冲对应有确定数值个AB脉冲输出，如果输出的数值一致，则可表示无AB脉冲丢失。

步骤S24在增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失下，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，作为校正给定值，其中，所述计数器在达到电机转动一圈所对应的AB脉冲信号理论值时清零。

在本发明实施例中，可以通过进行多次试验，以确保检测增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失是正确的，在增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失下，可以将QEP电路第一次检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，作为校正给定值。例如上述在执行步骤S22后，判断T1时刻得到的数值a和T2时刻得到的数值b是一样的，则将T1时刻得到的数值a作为校正给定值。

需要说明的是，所述校正给定值可以是之前进行预处理就获得的数据，并将其存储与寄存器中，在后续进行基于增量式编码器校正电机转子磁极位置流程步骤时，直接从寄存器中获取该数据。所述校正给定值就是电机转子从所述初试位置角开始转动，直到第一次检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值。

步骤S12，获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值。

在本发明实施例中，伺服驱动器从计数器中获取计数值。

在步骤S11中，获取得到校正给定值，其中，所述校正给定值是在预设条件下，在QEP电路第一次检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，其中，所述预设条件是根据初始位置角控制电机运行，且增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失，其中，所述计数器在达到电机转动一圈所对应的AB脉冲信号理论值时清零。则当前时刻的计数值也是在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值。

步骤S13，根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量。

在本发明实施例中，所述根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量包括：

将所述校正给定值减去所述当前时刻的计数值，得到补偿量。

在本发明实施例中，在当期时刻的AB脉冲信号不丢失时，得到的补偿量为零，在将补偿量0用于后续的计数值的计数中时，不会影响到下一时刻正确的计数值的计算。

步骤S14，根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值。

在本发明实施例中，所述根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值至少包括两种方式：

参见图9，第一种方式包括步骤S41和步骤S42，下面具体说明。

步骤S41，将所述补偿量添加至所述当前时刻的计数值中，得到修正后的当前时刻的计数值。

步骤S42，根据所述修正后的当前时刻的计数值进行计数，得到下一时刻正确的计数值。

具体的，以所述校正给定值是60进行说明，在当前时刻T0，即QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，即在T0时刻QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出，获取当前时刻T0计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值为50，将60-50得到补偿量10，则将所述补偿量添加至当前时刻的计数值50中，即50+10得到修正后的当前时刻的计算值60，根据所述修正后的当前时刻的计数值60进行计数，得到下一时刻正确的计数值，实际操作中伺服驱动器将PG计数器中当前时刻T0中的数值50修改为60，然后PG计数器根据修正后的当前时刻的计算值60对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数，直到在下一时刻T1，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出，获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，作为下一时刻正确的计数值。

参见图10，第二种方式包括步骤S51和步骤S52，下面具体说明。

步骤S51，获取下一时刻的计数值。

步骤S52，将所述补偿量添加至所述下一时刻的计数值中，计算得到下一时刻正确的计数值。

具体的，以所述校正给定值为70进行说明，在当前时刻T0，即QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，即在T0时刻QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出，获取当前时刻T0计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值为60，将70-60得到补偿量10，要计算得到下一时刻正确的计数值，则所述计数器根据T0时刻的的计数值60进行计数，直到下一时刻即T1时刻，QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，即在T1时刻QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出，获取下一时刻T1计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值M，则将所述补偿量10添加至所述下一时刻的计数值M中，计算得到下一时刻正确的计数值M+10。所述获取下一时刻的计数值M的数值不是正确的，因为在T0时刻增量式编码器输出的AB脉冲信号丢失了，则其数值比实际正确的数值少，为将下一时刻的计数值M添加上补偿量10就可以得到下一时刻正确的计数值。

需要说明的是，所述第一种方式与第二中方式的区别在于，第一种方式在得到补偿量后，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出，就将获取当前时刻T0计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值进行修正，然后以修正后的数值进行计算。第二种方式是，在得到补偿量后，仍以在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出，就将获取当前时刻T0计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值进行计数，在最后要输出下一时刻的计数值时，将所述补偿量添加所述下一时刻的计数值，以得到下一时刻正确的计数值。

需要说明的是，所述根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值，其可以不是QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出的时刻，可以是任意需要输出电机转子磁极位置的时刻，在任意需要输出电机转子磁极位置时，根据两种方式的任一种方式，根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值。

步骤S15，根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。

在本发明实施例中，若增量式编码器不受任何外界干扰，针对该前后两次，将得到的数值进行相减的差值Err＝0，实际上，编码器可能受到外界干扰，假设编码器受到外界干扰差值Err≠0，电机实际机械位置θ_m与检测的机械位置偏差为Δθ_m,则转子磁极位置电角度θ及其偏差Δθ分别为：

其中：P表示为增量式编码器所引用的永磁同步电机的极对数，N表示QEP电路为定时器T2提供的时钟倍频，M表示所述增量式编码器中增量式光码盘的分辨率。

若Δθ≠0，如图11，定子电流空间矢量Ι沿dq轴分解成i_d、i_q,沿d′q′轴分解成电流i_d′、i_q′。其中dq轴表示Δθ＝0时的旋转坐标系，d′q′轴为Δθ≠0时的旋转坐标系。则无电角度偏差的dq轴上的电流i_d、i_q与有电角度偏差的d′q′轴上的电流i_d′、i_q′的关系：

为了实现定子绕组与d轴的完全解耦，简化同步电机控制模型，伺服系统采用恒定转矩调速(i_d≡0控制)，则(3)可简化为(4)：

由公式(4)可知，当转子磁极位置电角度偏差(Δθ≠0)时，dq的电流不能完全解耦，且电流矢量Ι分解d′q′的电流会随着Δθ的变化而变化。当转子磁极位置电角度偏差较小可以忽略时，仍然满足d轴电流等于0，且暂时不会影响电流环的控制性能，但随着时间的增加磁极位置电角度偏差累计增大，其电流耦合作用将会造成电流发散或者伺服运行故障。

在本发明实施例中，获取得到了下一时刻正确的计数值CntAfDeal，然后根据公式(1)得到电机转子的电角度θ。而在增量式编码器不受任何外界干扰时，Err＝0，且Δθ＝0，解决了外部干扰导致的编码器检测到的转子磁极位置与实际转子磁极位置存在偏差，偏差增大使得dq轴电流和电压不能解耦，从而造成dq轴电流稳态误差变大，影响到电机的控制性能的问题。

在本发明实施例中，在实施步骤S15后还包括步骤S16，步骤S16，将所述正确的电机转子磁极位置用于所述电机的控制中，以驱动所述电机的运行。

具体的，具体的，参见图12，PI调节器，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。Clarke变换，将三相交流的矢量向两相直流转换。Park变换，将两相交流的矢量向两相直流转换。Park逆变换，将两相直流的矢量向两相交流转换。SVPWM模块，以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。IGBT是电机。IGBT是绝缘栅双极型晶体管，其对SVPWM输出的信号进处理，PMSM是永磁同步电机，PMSM位置速度角度计算模块，根据在一定的时间间隔内，通过光电编码器产生的脉冲数来计算转速，可以计算出位置角。角度校正补偿模块就是执行上述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，算出补偿量。参见图13，当QEP电路检测到Z信号脉冲时，根据计数器值CntFed与CntRef可以得到Err，而补偿量ErrCom＝Err，计算得到的补偿量累加在PG计数器CntAfDeal将在下一次捕获到Z信号时产生作用。若当前不存在干扰，则刷新后的计数器值CntFed与CntRef之差Err＝0。反之，若存在干扰，则会产生新的补偿量，该补偿量将在之后一次进行补偿。以此类推，若干扰一致存在，那么系统将会一致存在当前干扰的产生误差，但该误差并不会积累。当干扰消失后，在本次干扰产生的误差将会在下一次消除。即可以准确的通过CntAfDeal值表示转子的磁极位置。由S5、S6可知，当Err＝0时通过公式(1)可以计算出转子磁极位置电角度偏差Δθ＝0值，偏差消除从而实现校正。PG计数器CntAfDeal经补偿处理后得到的CntAfDealCom，通过公式(1)的到校正后的转子磁极位置电角度θ。经过速度和位置换算模块得到反馈速度ω，反馈速度ω与给定速度ω^*作差，其差值经过速度PI调节器得到给定转矩电流给定的励磁电流转矩电流与反馈的励磁电流i_d、转矩电流i_q进行比较，其差值分别作为d轴、q轴电流环PI调节器的输入，经过d轴、q轴电流PI调节器的计算，分别得到d、q轴的输出电压U_d、U_q。校正后的转子磁极位置电角度θ，与电流环PI调节器输出的U_d、U_q经过PARK逆变换得到两相静止坐标下的电压U_α、U_β。将得到的两相静止坐标下的电压U_α、U_β进行空间电压矢量变换(SVPWM)计算出三相PWM的占空比，并输出响应的三相PWM波到逆变器，由逆变器输出三相电压驱动永磁同步电机运行。增量式编码器的光电编码器将转子的位置传送到CPU，经过CPU的速度、角度计算模块分别将AB信号、Z信号传送至角度校正模块以及将反馈速度ω反馈至PI调节器，形成一个闭合的速度环。电流传感器将检测到的永磁同步电机三相定子电流i_a、i_b、i_c，经过CLARKE变换，得到两相静止坐标系下的电流i_α、i_β。校正后的转子磁极位置电角度θ与两相静止坐标下的电流i_α、i_β，经过Park变换得到两相同步旋转坐标系下的电流i_d、i_q。电流i_d、i_q作为反馈信号作用于PI控制器，形成一个闭合的电流环。每当编码器信号受到干扰通过执行所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法就可以实现对编码器测量信号进行校正。

实施本实施例具有如下突出特点：

首先，获取校正给定值，然后获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量，根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值，最后根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。通过将当前时刻的计数值与校正给定值进行比较，以得到补偿量，由所述补偿量对位置偏差进行补偿校正，保证了电机正常逻辑的有效执行，且所述校正给定值相对于相邻两次检测到Z脉冲时刻所获取的AB脉冲数来说是一个定值，其处理过程简单且不易出现误差。，当增量式编码器因外界干扰时，可直接根据QEP电路检测到的Z信号计算出对应的转子磁极位置电角度偏差，并对电机转子磁极位置电角度进行校正，以消除偏差。

实施例二

参见图14，一种实施例中提供一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置系统，包括校正给定值获取单元61、当前计数值获取单元62、补偿单元63、下一刻计数值获取单元64和位置确定单元65。

校正给定值获取单元61用于获取校正给定值。

当前计数值获取单元62用于获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值。

补偿单元63用于根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量。

下一刻计数值获取单元64用于根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值。

位置确定单元65用于根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。

实施本实施例具有如下突出特点：

校正给定值获取单元61，用于获取校正给定值；当前计数值获取单元62，用于获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；补偿单元63，用于根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量；下一刻计数值获取单元64，用于根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值；位置确定单元65，用于根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。通过将当前时刻的计数值与校正给定值进行比较，以得到补偿量，由所述补偿量对位置偏差进行补偿校正，保证了电机正常逻辑的有效执行，且所述校正给定值相对于相邻两次检测到Z脉冲时刻所获取的AB脉冲数来说是一个定值，其处理过程简单且不易出现误差。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，包括：

获取校正给定值；

获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；

根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量；

根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值；

根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。

2.如权利要求1所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，所述获取校正给定值包括：

获取电机转子的初始位置角；

控制电机转子从所述初始位置角转动；

检测增量式编码器输出的AB脉冲信号是否丢失；

在增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失下，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，将获取计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值，作为校正给定值，其中，所述计数器在达到电机转动一圈所对应的AB脉冲信号理论值时清零。

3.如权利要求2所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，所述检测增量式编码器输出的AB脉冲信号是否丢失包括：

针对前后两次，在检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，获取对应的计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；

针对该前后两次，将得到的数值进行相减；

在相减的数值为零时，判断增量式编码器输出的AB脉冲信号不丢失。

4.如权利要求1所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，所述根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量包括：

将所述校正给定值减去所述当前时刻的计数值，得到补偿量。

5.如权利要求1所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，所述根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值包括：

将所述补偿量添加至所述当前时刻的计数值中，得到修正后的当前时刻的计数值；

根据所述修正后的当前时刻的计数值进行计数，得到下一时刻正确的计数值；

或

获取下一时刻的计数值；

将所述补偿量添加至所述下一时刻的计数值中，计算得到下一时刻正确的计数值。

6.如权利要求1所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，所述根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置包括：

根据下一时刻正确的计数值，得到相应的转子磁极位置电角度；

根据所述转子磁极位置电角度，输出正确的电机转子磁极位置。

7.如权利要求6所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，所述根据下一时刻正确的计数值，得到相应的转子磁极位置电角度包括：

根据下一时刻正确的计数值和转子磁极位置电角度函数，得到相应的转子磁极位置电角度；其中，所述转子磁极位置电角度函数包括：其中，θ是转子磁极位置电角度，P为增量式编码器所引用的永磁同步电机的极对数，N是QEP电路为定时器T2提供的时钟倍频，M是增量式编码器中增量式光码盘的分辨率，CntAfDeal是下一时刻正确的计数值。

8.如权利要求1所述的基于增量式编码器校正电机转子磁极位置方法，其特征在于，还包括：

将所述正确的电机转子磁极位置用于所述电机的控制中，以驱动所述电机的运行。

9.一种基于增量式编码器校正电机转子磁极位置系统，其特征在于，包括：

校正给定值获取单元，用于获取校正给定值；

当前计数值获取单元，用于获取当前时刻的计数值，其中，所述计数值是针对当前时刻，在QEP电路检测到增量式编码器的Z脉冲信号输出时，计数器对增量式编码器的AB脉冲信号输出次数进行计数得到的数值；

补偿单元，用于根据所述校正给定值和所述当前时刻的计数值，得到补偿量；

下一刻计数值获取单元，用于根据所述补偿量，计算下一时刻正确的计数值；

位置确定单元，用于根据下一时刻正确的计数值，输出正确的电机转子磁极位置。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。