CN110690838B - 一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统 - Google Patents

一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统，所述方法包括如下步骤：步骤S1，在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d‑q旋转坐标系中
Figure DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，使电机做平稳的微小运动；步骤S2，采集某一时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻；步骤S3，根据获得的每个角加速度峰值时刻计算对应时刻的实际磁偏角，步骤S4,对获得的多个磁偏角测量值进行删选、均值优化获得实际磁偏角的整定值，通过本发明，可实现对电机磁偏角稳定精确地自整定目的。

Description

一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统
技术领域
本发明涉及伺服驱动控制领域，特别是涉及一种伺服电机或直线电机磁偏角的在线自整定方法及系统。
背景技术
工业机器人控制器、各种数控设备和自动化产线的根本在于各种伺服电机的实时运动控制。伺服驱动器是用来实现对伺服电机和直线电机转矩、速度和位置精确控制的关键设备。目前最流行最先进的伺服驱动算法是通过磁场定向控制（Field-OrientedControl，FOC）的矢量控制算法实现对交流永磁同步电机输出转矩的线性控制，从而进一步实现电机速度和位置的精确控制。
FOC方法是通过控制线圈（定子或动子）的合成电流矢量的角度和幅值来控制电机的输出转矩。合成矢量的角度取决于转子和定子的相对位置，因此在伺服电机或者直线电机都会安装编码器间接获得所需的位置信息。编码器有绝对值和相对值两种：绝对值编码器即使掉电也不会丢失位置信息，即位置的零点是不会改变的，如果编码器没有偏转，磁偏角（电转角和编码器给出的位置信息之间的偏置）是固定的，只需要一次整定，但是如果由于安装或者运行过程中产生冲击而致编码器偏转则需要再次整定；相对值编码器的零点是每次上电时的当前位置，因此每次运行前都需要一次自整定。磁偏角的准确度直接影响到FOC伺服控制的效率，因此，伺服电机或直线电机的磁偏角的自整定尤为重要。
现有的磁偏角自整定方法有两种：（1）固定方向的电流合成矢量强拉的方式， 如施加小于电机额定值的定向电流从电机的V相入、U相出，让转子锁定到电转角为-30度的位置，读取编码器输出的位置信息，从而得出磁偏角。（2）采用电流注入的方式在转子不动或者微动的方式下让电机锁定在电转角180度的位置，读取编码器的输出来完成磁偏角的自整定。
然而，上述两种方式磁偏角的都不是最优化整定，而且摩擦阻力扭矩直接影响到整定精度，不适合带负载时整定；另外由于方法（1）中转矩不是线性平滑控制，在电转角-30度的位置上容易震荡；方法（2）由于一般伺服电机都采用表面永磁体结构，凸极效应产生的磁阻转矩不明显，也影响到磁偏角整定的准确性。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统，以通过给定旋转磁偏角来实现平滑的力矩控制，使电机做平稳的微小运动，从而采集到不同的预设磁偏角下电机的运行速度，进一步获取精确的实际磁偏角，实现了对电机磁偏角稳定精确地自整定目的。
为达上述及其它目的，本发明提出一种电机磁偏角的在线自整定方法，包括如下步骤：
步骤S1，在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中
Figure 435890DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，使电机做平稳的微小运动；
步骤S2，采集某一时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻；
步骤S3，根据获得的角加速度峰值时刻计算对应时刻的实际磁偏角；
步骤S4, 对获得的多个磁偏角测量值进行删选、均值优化获得实际磁偏角的整定值。
优选地，于步骤S2中，所述角加速度的峰值时刻通过结合角加速度阈值检测和角加加速度的过零检测来获得。
优选地，步骤S2进一步包括：
步骤S200, 采集某一时间段的电机角速度
Figure 170628DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S201，计算电机角加速度；
步骤S202，根据电机角加速度计算电机角加加速度；
步骤S203，利用幅值检测原理获得角加速度阈值检测输出
Figure 779464DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤S204，检测在每个
Figure 134048DEST_PATH_IMAGE003
=1窗口期间，所述电机角加加速度的过零点时刻
Figure 144729DEST_PATH_IMAGE004
，所述过零点时刻
Figure 112685DEST_PATH_IMAGE004
即为所述角加速度峰值时刻，若在一个窗口期内出现多个过零点时刻，通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻。
优选地，于步骤S203中，所述角加速度阈值检测输出
Figure 146500DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 592525DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 723292DEST_PATH_IMAGE006
为采样点，
Figure 49100DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 632528DEST_PATH_IMAGE008
分别是下跳阈值和上跳阈值。
优选地，在计算角加速度阈值检测输出
Figure 819927DEST_PATH_IMAGE003
时，所述上跳阈值
Figure 805200DEST_PATH_IMAGE009
取角加速度最大值的80~90%，所述下跳阈值
Figure 114959DEST_PATH_IMAGE010
相应地比
Figure 372634DEST_PATH_IMAGE009
小5% 。
优选地，于步骤S3中，根据如下公式计算获得实际的磁偏角：
Figure 426040DEST_PATH_IMAGE011
Figure 265820DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 684163DEST_PATH_IMAGE013
为给定磁偏角与采样时刻
Figure 976605DEST_PATH_IMAGE004
之间的线性系数，
Figure 833702DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 714939DEST_PATH_IMAGE014
为控制节拍，
Figure 366500DEST_PATH_IMAGE015
为计算实际磁偏角
Figure 411817DEST_PATH_IMAGE016
过程中的中间变量，round为取整函数。
为达到上述目的，本发明还提供一种电机磁偏角的在线自整定系统，包括：
力矩控制单元，用于在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中
Figure 744709DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，让电机做平稳的微小运动；
角加速度峰值时刻检测单元，用于采集某一时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻；
实际磁偏角计算单元，用于根据获得的角加速度峰值时刻
Figure 293502DEST_PATH_IMAGE004
计算对应时刻的实际磁偏角；
结果优化单元，用于对获得的多个磁偏角测量值进行删选、均值优化获得实际磁偏角的整定值。
优选地，所述角加速度的峰值时刻通过结合角加速度阈值检测和角加加速度的过零检测来获得。
优选地，所述角加速度峰值时刻检测单元包括：
角速度采集单元，用于采集一定时间段的电机角速度
Figure 381544DEST_PATH_IMAGE002
；
角加速度计算单元，用于计算电机角加速度；
角加加速度计算单元，用于根据电机角加速度计算电机角加加速度；
幅值检测单元，用于利用幅值检测原理获得角加速度阈值检测输出
Figure 835528DEST_PATH_IMAGE003
；
过零点时刻检测单元，用于检测在每个
Figure 768849DEST_PATH_IMAGE003
=1窗口期间，所述电机角加加速度的过零点时刻
Figure 437728DEST_PATH_IMAGE004
，所述过零点时刻
Figure 634354DEST_PATH_IMAGE004
即为所述角加速度峰值时刻，若在一个窗口期内出现多个过零点时刻，通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻。
优选地，所述角加速度阈值检测输出
Figure 123104DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 125695DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure 649080DEST_PATH_IMAGE006
为采样点，
Figure 296DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 241921DEST_PATH_IMAGE008
分别是下跳阈值和上跳阈值。
与现有技术相比，本发明一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统通过无论在执行电机带负载还是空载的情形下均启用电流矢量闭环控制，在给定电流合成矢量参考下，通过给定旋转磁偏角来实现平滑的力矩控制，使电机做平稳的微小运动，从而采集到不同的预设磁偏角下电机的运行速度，并进一步通过最优化算法来获取精确的实际磁偏角, 实现了对电机磁偏角稳定精确地自整定目的。
附图说明
图1显示了常用的永磁同步电机空间矢量的解析模型；
图2为本发明一种电机磁偏角的在线自整定方法的步骤流程图；
图3为本发明一种电机磁偏角的在线自整定系统的系统架构图；
图4为本发明具体实施例中角加速度峰值时刻检测单元的细部结构图；
图5为本发明具体实施例中某种电机磁偏角最优整定流程的实际信号示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1显示了常用的永磁同步电机（不失一般性，以一极对数为例）空间矢量的解析模型。在图中
Figure 782624DEST_PATH_IMAGE018
为实际电机电转角，是旋转坐标系d-q中d轴和静态坐标系U-V-W中U轴的夹角；
Figure 98199DEST_PATH_IMAGE016
为待整定的实际磁偏角；
Figure 698945DEST_PATH_IMAGE019
为Park变化时磁偏角的设定补偿值。在图示的转子位置，根据编码器测得的电机转角获得的电转角
Figure 162287DEST_PATH_IMAGE020
，相对应于旋转坐标系d"-q"，由于Park变化时设定的磁偏角的补偿值
Figure 693631DEST_PATH_IMAGE019
，经过Clarke和Park变换算法进行磁链解耦，即可实现当
Figure 191609DEST_PATH_IMAGE021
=0的转子磁链定向控制后，通过
Figure 697677DEST_PATH_IMAGE022
来线性控制电机转矩。
从图1坐标系d'-q'变换到坐标系d-q可以得到：
Figure 851577DEST_PATH_IMAGE023
（1）
Figure 734083DEST_PATH_IMAGE024
（2）
由于电流矢量控制：
Figure 86567DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure 950486DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 388421DEST_PATH_IMAGE021
=0， 其中
Figure 74617DEST_PATH_IMAGE025
为给定的参考值，因此：
Figure 219291DEST_PATH_IMAGE026
（3）
Figure 332740DEST_PATH_IMAGE027
（4）
电机转矩实际受
Figure 257971DEST_PATH_IMAGE001
线性控制，从等式（4）可知，在矢量控制下，如果给出一个时变的设定磁偏角补偿值
Figure 675089DEST_PATH_IMAGE028
，即可得到电机扭矩
Figure 2165DEST_PATH_IMAGE029
为：
Figure 286516DEST_PATH_IMAGE030
（5）
由等式（5）和动力学方程
Figure 371147DEST_PATH_IMAGE031
即得：
Figure 399145DEST_PATH_IMAGE032
（6）
其中：
Figure 580728DEST_PATH_IMAGE033
是电机扭矩常数，
Figure 222931DEST_PATH_IMAGE034
是负载扭矩（包括摩擦力扭矩），
Figure 122754DEST_PATH_IMAGE035
是电机转动惯量，
Figure 688864DEST_PATH_IMAGE002
是电机转速。等式（6）给出了电机角加速度和实际磁偏角
Figure 662636DEST_PATH_IMAGE016
的关系，从中可以看出当
Figure 288790DEST_PATH_IMAGE036
（7）
时，电机角加速度幅值最大，其中当是
Figure 410330DEST_PATH_IMAGE037
的偶数倍时，加速度为正，当为
Figure 967082DEST_PATH_IMAGE037
的奇数倍时加速度为负，因此只需采样电机速度，求得电机角加速度，找到角加速度幅值最大时刻，即可由等式（7）求得实际磁偏角。
从等式（6）也可知：
（1）只要
Figure 123257DEST_PATH_IMAGE025
足够大，总能克服负载扭矩，驱动电机做往复运动。
（2）电机加速时间取决于
Figure 920311DEST_PATH_IMAGE013
。
（3）在一定的给定磁偏角变化节拍下，
Figure 466830DEST_PATH_IMAGE013
决定了磁偏角
Figure 374743DEST_PATH_IMAGE016
整定的解析度。
（4）电机做往复运动的范围和最大速度取决于
Figure 385425DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 540331DEST_PATH_IMAGE025
，只要选择合适的值，总能保证电机做微小的往复运动，往复周期取决于
Figure 636463DEST_PATH_IMAGE013
。
（5）可以通过多次往复运动，测得多组实际磁偏角做均值处理来减小测量误差的影响。
图2为本发明一种电机磁偏角的在线自整定方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种电机磁偏角的在线自整定方法，可应用于伺服电机或直线电机，包括如下步骤：
步骤S1，在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中
Figure 348068DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，让电机做平稳的微小运动。
步骤S2，采集一定时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻。
通过上面的分析，为了精确地测量实际磁偏角，角加速度
Figure 416518DEST_PATH_IMAGE038
的峰值时刻可以通过结合角加速度阈值检测和角加加速度的过零检测来准确测得，即当角加速度幅值超过设定的数值时角加加速度的过零时刻即是峰值时刻。即在采集的时间段内获得满足如下条件的采样点
Figure 555375DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 873224DEST_PATH_IMAGE039
（8）
Figure 575469DEST_PATH_IMAGE040
（9）
其中
Figure 560743DEST_PATH_IMAGE003
是角加速度阈值检测输出，定义如下：
Figure 870502DEST_PATH_IMAGE041
（10）
其中，
Figure 613330DEST_PATH_IMAGE006
为采样点，
Figure 666736DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 506516DEST_PATH_IMAGE014
为控制节拍，
Figure 174127DEST_PATH_IMAGE008
分别是下跳阈值和上跳阈值。选择不同的阈值可以有效的防止阈值临界处的跳变。
具体地，步骤S2进一步包括：
步骤S200，采集一定时间段的电机角速度
Figure 732147DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S201，根据电机角速度
Figure 261349DEST_PATH_IMAGE002
计算电机角加速度
Figure 221214DEST_PATH_IMAGE042
，其中
Figure 872776DEST_PATH_IMAGE006
为采样点，
Figure 652513DEST_PATH_IMAGE043
为常数，
Figure 234673DEST_PATH_IMAGE043
越大，
Figure 986728DEST_PATH_IMAGE044
越平滑；
步骤S202，计算电机角加加速度
Figure 809191DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 76224DEST_PATH_IMAGE046
也为常数；
步骤S203，利用幅值检测原理获得角加速度阈值检测输出
Figure 462075DEST_PATH_IMAGE047
，在本发明具体实施例中，在计算角加速度阈值检测输出
Figure 130953DEST_PATH_IMAGE047
时，上跳阈值
Figure 124317DEST_PATH_IMAGE048
取角加速度最大值的80~90%，下跳阈值
Figure 816330DEST_PATH_IMAGE049
则相应地比
Figure 818921DEST_PATH_IMAGE048
小5%，从而得到角加速度阈值检测输出
Figure 342306DEST_PATH_IMAGE047
；
步骤S204，检测在每个
Figure 523600DEST_PATH_IMAGE047
=1窗口期间，所述电机角加加速度的过零点时刻
Figure 765225DEST_PATH_IMAGE050
，即同时满足上述（8）（9），所述过零点时刻
Figure 305928DEST_PATH_IMAGE050
即为角加速度峰值时刻。若出现多个过零点时刻，可通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻。
步骤S3，根据获得的角加速度峰值时刻计算对应时刻的实际磁偏角。
具体地，当通过步骤S2获得了角加速度
Figure 621503DEST_PATH_IMAGE007
的峰值时刻
Figure 222249DEST_PATH_IMAGE050
，由于实际的磁偏角在-
Figure 685591DEST_PATH_IMAGE037
度到
Figure 216935DEST_PATH_IMAGE037
度之间，即可根据上述公式 （7）如下算得多组实际的磁偏角，
Figure 449334DEST_PATH_IMAGE011
Figure 220981DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure 109302DEST_PATH_IMAGE013
为给定磁偏角与采样时刻
Figure 991807DEST_PATH_IMAGE050
之间的线性系数，
Figure 344291DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 473790DEST_PATH_IMAGE014
为控制节拍，
Figure 911725DEST_PATH_IMAGE015
为计算实际磁偏角
Figure 597921DEST_PATH_IMAGE016
过程中的中间变量，round为取整函数。
步骤S4，对获得的实际磁偏角进行删选，丢弃远离期望值的结果，并对多个测量结果进行均值处理，得到最终可靠精准的实际磁偏角的整定值。
图3为本发明一种电机磁偏角的在线自整定系统的系统架构图。如图3所示，本发明一种电机磁偏角的在线自整定系统，可应用于伺服电机或直线电机，包括：
力矩控制单元301，用于在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中
Figure 742595DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，让电机做平稳的微小运动。
角加速度峰值时刻检测单元302，用于采集一定时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻。
通过上面的分析，为了精确地测量实际磁偏角，角加速度峰值时刻检测单元302通过结合角加速度阈值检测和角加加速度的过零检测来获得角加速度
Figure 856044DEST_PATH_IMAGE052
的峰值时刻，即在采集的时间段内获得满足如下条件的采样点
Figure 781275DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 192533DEST_PATH_IMAGE039
Figure 519610DEST_PATH_IMAGE040
其中
Figure 538381DEST_PATH_IMAGE003
是角加速度阈值检测输出，定义如下：
Figure 888591DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure 916590DEST_PATH_IMAGE006
为采样点，
Figure 98173DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 553425DEST_PATH_IMAGE014
为控制节拍，
Figure 374619DEST_PATH_IMAGE008
分别是下跳阈值和上跳阈值。选择不同的阈值可以有效的防止阈值临界处的跳变。
具体地，如图4所示，角加速度峰值时刻检测单元302进一步包括：
角速度采集单元3021，用于采集一定时间段的电机角速度
Figure 940730DEST_PATH_IMAGE002
；
角加速度计算单元3022，用于计算电机角加速度
Figure 242398DEST_PATH_IMAGE042
，其中
Figure 806234DEST_PATH_IMAGE006
为采样点，
Figure 927774DEST_PATH_IMAGE043
为常数，
Figure 297576DEST_PATH_IMAGE043
越大，
Figure 640701DEST_PATH_IMAGE044
越平滑；
角加加速度计算单元3023，计算电机角加加速度
Figure 437756DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 46592DEST_PATH_IMAGE046
也为常数；
幅值检测单元3024，用于利用幅值检测原理获得角加速度阈值检测输出
Figure 892188DEST_PATH_IMAGE047
，在本发明具体实施例中，幅值检测单元3024在计算阈值检测输出
Figure 902869DEST_PATH_IMAGE047
时，上跳阈值
Figure 870825DEST_PATH_IMAGE048
取角加速度最大值的80~90%，下跳阈值
Figure 153908DEST_PATH_IMAGE049
则相应地比
Figure 865512DEST_PATH_IMAGE048
小5%，从而得到角加速度阈值检测输出
Figure 730700DEST_PATH_IMAGE047
。
过零点时刻检测单元3025，用于检测在每个
Figure 807240DEST_PATH_IMAGE047
阈值检测输出
Figure 390668DEST_PATH_IMAGE047
=1窗口期间，角加加速度的过零点时刻
Figure 905963DEST_PATH_IMAGE054
，所述过零点时刻
Figure 812608DEST_PATH_IMAGE054
即为角加速度峰值时刻。若出现多个过零点时刻，可通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻。
实际磁偏角计算单元303，用于根据获得的角加速度峰值时刻
Figure 122367DEST_PATH_IMAGE054
计算对应时刻的实际磁偏角。
具体地，当通过角加速度峰值时刻检测单元302获得了角加速度
Figure 193091DEST_PATH_IMAGE007
的峰值时刻
Figure 184181DEST_PATH_IMAGE054
，由于实际的磁偏角在-
Figure 23961DEST_PATH_IMAGE037
度到
Figure 504621DEST_PATH_IMAGE037
度之间，即可根据上述公式 （7）如下算得实际的磁偏角，
Figure 255451DEST_PATH_IMAGE011
Figure 846970DEST_PATH_IMAGE051
其中，
Figure 541256DEST_PATH_IMAGE013
为给定磁偏角与采样时刻
Figure 396080DEST_PATH_IMAGE050
之间的线性系数，
Figure 175817DEST_PATH_IMAGE007
为角加速度，
Figure 571026DEST_PATH_IMAGE014
为控制节拍，
Figure 572349DEST_PATH_IMAGE015
为计算实际磁偏角
Figure 394812DEST_PATH_IMAGE016
过程中的中间变量，round为取整函数。
结果优化单元304，用于对获得的实际磁偏角进行删选，丢弃远离期望值的结果，并对多个测量结果进行均值处理，得到最终可靠精准的实际磁偏角的整定值。
图5给出了本发明具体实施例中某种电机磁偏角最优整定流程的实际信号，以下将配合图5进一步说明本发明电机磁偏角在线自整定步骤：
步骤1，设定给定磁偏角与采样时刻
Figure 661845DEST_PATH_IMAGE004
之间的线性系数
Figure 860745DEST_PATH_IMAGE013
；
步骤2，设定
Figure 467307DEST_PATH_IMAGE025
，使能电流环矢量控制，让电机做轻微小幅往复；
步骤3，采集一定时间段的电机角速度
Figure 460671DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤4，计算电机角加速度
Figure 215000DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 138963DEST_PATH_IMAGE043
为常数，
Figure 662348DEST_PATH_IMAGE043
越大，
Figure 92192DEST_PATH_IMAGE044
越平滑，实际取40即可得到很好的结果；
步骤5，计算电机角加加速度
Figure 271501DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 546624DEST_PATH_IMAGE046
同上；
步骤6，利用幅值检测原理获得
Figure 190095DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 712212DEST_PATH_IMAGE048
取加速度最大值的80~90%，
Figure 441134DEST_PATH_IMAGE049
相应地比
Figure 519948DEST_PATH_IMAGE048
小5% 。从而得到
Figure 955609DEST_PATH_IMAGE047
，如图5中lamda；
步骤7，检测在每个
Figure 727256DEST_PATH_IMAGE047
=1窗口期间，角加加速度的过零点时刻
Figure 677894DEST_PATH_IMAGE004
，如图5中▽所示，如果在一个窗口期， 若出现多个过零点时刻，可通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻；
步骤8，通过每个上一步获取的过零时刻，计算出相对应的磁偏角，对获得的磁偏角进行删选，丢弃远离期望值的结果，再进一步然对符合条件的测量结果做均值处理，得到实际磁偏角的整定值。
综合所述，本发明一种电机磁偏角的在线自整定方法及系统通过无论在执行电机带负载还是空载的情形下均启用电流矢量闭环控制，在给定电流合成矢量参考下，通过给定旋转磁偏角来实现平滑的力矩控制，使电机做平稳的微小运动，从而采集到不同的预设磁偏角下电机的运行速度，并进一步通过最优化算法来获取精确的实际磁偏角, 实现了对电机磁偏角稳定精确地自整定目的。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、由于本发明的磁偏角整定方法是在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中幅值和周期可控的
Figure 747350DEST_PATH_IMAGE001
矢量，因此本发明整定过程中电机的运动过程，包括速度、输出力矩都是平稳，大小可控的。
2、由于本发明是通过最大角加速度发生的时刻来计算磁偏角，负载扭矩（包括摩擦力矩）在小范围上是常数，虽能影响最大角加速度的大小，但不影响最大角加速度发生的时刻，因此本发明的磁偏角整定值不受负载扭矩（包括摩擦力矩）的影响。
3、由于本发明采用了精确稳定的峰值时刻检测算法和均值优化算法，本发明获得磁偏角整定值较为稳定精确。
上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种电机磁偏角的在线自整定方法，包括如下步骤：
步骤S1，在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中
Figure 979586DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，使电机做平稳的微小运动；
步骤S2，采集某一时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻；
步骤S3，根据获得的角加速度峰值时刻计算对应时刻的实际磁偏角；
步骤S4， 对获得的多个磁偏角测量值进行删选、均值优化获得实际磁偏角的整定值，
步骤S2进一步包括：
步骤S200, 采集某一时间段的电机角速度
Figure 870182DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤S201，计算电机角加速度；
步骤S202，根据电机角加速度计算电机角加加速度；
步骤S203，利用幅值检测原理获得角加速度阈值检测输出
Figure 604920DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤S204，检测在每个
Figure 213756DEST_PATH_IMAGE003
=1窗口期间，所述电机角加加速度的过零点时刻
Figure 387248DEST_PATH_IMAGE004
，所述过零点时刻
Figure 397929DEST_PATH_IMAGE004
即为所述角加速度峰值时刻，若在一个窗口期内出现多个过零点时刻，通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻，
其中，
Figure 54301DEST_PATH_IMAGE005
为采样点，
Figure 150433DEST_PATH_IMAGE006
为控制节拍。
2.如权利要求1所述的一种电机磁偏角的在线自整定方法，其特征在于：于步骤S2中，所述角加速度的峰值时刻通过结合角加速度阈值检测和角加加速度的过零检测来获得。
3.如权利要求1所述的一种电机磁偏角的在线自整定方法，其特征在于，于步骤S203中，所述角加速度阈值检测输出
Figure 799720DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 664908DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 803765DEST_PATH_IMAGE005
为采样点，
Figure 387193DEST_PATH_IMAGE008
为角加速度，
Figure 823860DEST_PATH_IMAGE010
分别是下跳阈值和上跳阈值。
4.如权利要求3所述的一种电机磁偏角的在线自整定方法，其特征在于：在计算角加速度阈值检测输出
Figure 809133DEST_PATH_IMAGE003
时，所述上跳阈值
Figure 118892DEST_PATH_IMAGE011
取角加速度最大值的80~90%，所述下跳阈值
Figure 127299DEST_PATH_IMAGE012
相应地比
Figure 180706DEST_PATH_IMAGE011
小5% 。
5.如权利要求1所述的一种电机磁偏角的在线自整定方法，其特征在于：于步骤S3中，根据如下公式计算获得实际的磁偏角：
Figure 20486DEST_PATH_IMAGE014
Figure 189561DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 482002DEST_PATH_IMAGE016
为给定磁偏角与采样时刻
Figure 339100DEST_PATH_IMAGE017
之间的线性系数，
Figure 971070DEST_PATH_IMAGE008
为角加速度，
Figure 622631DEST_PATH_IMAGE006
为控制节拍，
Figure 667947DEST_PATH_IMAGE018
为计算实际磁偏角
Figure 63156DEST_PATH_IMAGE019
过程中的中间变量，round为取整函数。
6.一种电机磁偏角的在线自整定系统，包括：
力矩控制单元，用于在给定电流合成矢量参考下，给定与时间线性的旋转磁偏角补偿，在电流环矢量闭环控制下得到d-q旋转坐标系中
Figure 798900DEST_PATH_IMAGE001
矢量幅值的周期变化，来实现平滑的力矩控制，让电机做平稳的微小运动；
角加速度峰值时刻检测单元，用于采集某一时间段的电机角速度，检测角加速度峰值时刻；
实际磁偏角计算单元，用于根据获得的角加速度峰值时刻
Figure 886942DEST_PATH_IMAGE017
计算对应时刻的实际磁偏角；
结果优化单元，用于对获得的多个磁偏角测量值进行删选、均值优化获得实际磁偏角的整定值，
所述角加速度峰值时刻检测单元包括：
角速度采集单元，用于采集一定时间段的电机角速度
Figure 153975DEST_PATH_IMAGE002
；
角加速度计算单元，用于计算电机角加速度；
角加加速度计算单元，用于根据电机角加速度计算电机角加加速度；
幅值检测单元，用于利用幅值检测原理获得角加速度阈值检测输出
Figure 290558DEST_PATH_IMAGE003
；
过零点时刻检测单元，用于检测在每个
Figure 693858DEST_PATH_IMAGE003
=1窗口期间，所述电机角加加速度的过零点时刻
Figure 952801DEST_PATH_IMAGE017
，所述过零点时刻
Figure 389686DEST_PATH_IMAGE017
即为所述角加速度峰值时刻，若在一个窗口期内出现多个过零点时刻，通过均值处理得到最优值作为所述角加速度峰值时刻，
其中，
Figure 126698DEST_PATH_IMAGE005
为采样点，
Figure 650083DEST_PATH_IMAGE006
为控制节拍。
7.如权利要求6所述的一种电机磁偏角的在线自整定系统，其特征在于：所述角加速度的峰值时刻通过结合角加速度阈值检测和角加加速度的过零检测来获得。
8.如权利要求7所述的一种电机磁偏角的在线自整定系统，其特征在于，所述角加速度阈值检测输出
Figure 830660DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure 744390DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 285092DEST_PATH_IMAGE005
为采样点，
Figure 928563DEST_PATH_IMAGE008
为角加速度，
Figure 263730DEST_PATH_IMAGE010
分别是下跳阈值和上跳阈值。
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Pledgee: Zhejiang Tailong Commercial Bank Co.,Ltd. Ningbo Fenghua sub branch

Pledgor: WILD SC (NINGBO) INTELLIGENT TECHNOLOGY CO.,LTD.

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