CN111697895B - 一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法，本发明针对某卫星型号产品光电编码器进入增量模式导致角度测量错误的一种故障冗余措施。为了提高粗指向机构产品的可靠性和可用性，在编码器部分硬件故障的情况下也能保证产品的功能和性能。采用的绝对式光电编码器当部分硬件或软件功能失效的情况下会转入增量模式进行工作，此时光电编码器测量的角度变为增量数据。为了获得绝对的角度，需要寻找到光电编码器的绝对零位，然后编码器将以寻找到的零位为基准输出角度数据，以指示出激光终端粗指向机构的工作位置。

Description

一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法，属于空间指向机构故障诊断技术领域。

背景技术

目前卫星、空间站、行星探测器已经越来越多的遍布在外层空间。在通信链路组网的同时，对其信息的传输都有了更高的要求。传统射频通信模式的传输速率远远满足不了通信速率不断提高的要求，激光通信成为卫星通信的发展趋势。在卫星激光通信终端中粗指向机构(CPA)扮演着极为重要的角色，是星间激光通信成败的关键技术之一。

目前能够提供较高测量精度和环境可靠性的角度传感器有三种：旋转变压器、感应同步器和光电编码器。为了实现角秒级的定位和控制精度，要求测角装置的测量分辨率和测量误差都极高，测角误差要求小于2"。对于旋转变压器而言，为了提高角度测量分辨率，旋转变压器的尺寸和重量往往需要做得较大，不太适用于粗指向机构设计。而圆感应同步器信号较弱，信号处理线路要求较高，也不适用与粗指向机构设计。因此，粗指向机构将采用绝对式光电编码器来进行设计。光电编码器具有精度高、重量轻、结构紧凑等优点，其工作原理利用动静两块光栅以小间隙形成莫尔条纹，通过光电转换，将两块光栅的相对转动转化为电信号的变化，电信号经过电路处理后得到转动的数字信息。光栅相对移动一个光栅周期，莫尔条纹移动一个周期，电信号变化一个周期，是一一对应关系。莫尔条纹具有平均效应、对应关系、放大作用的特点，实现编码器高精度的测量。

激光终端粗指向机构采用永磁同步电机直接驱动控制方案，在光电编码器由于硬件或软件失效的情况下进行寻零控制过程中，无法得到电机的准确角度，因此也无法实现电机的磁场定向控制，此时电机需工作在虚拟位置预测的工作过程中，通过预测电机下一步的运动角度，给出电机的控制指令，实现电机的运动控制，当电机运动至光电编码器标识的零位时，电机自动停止运动。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统及方法，针对粗指向机构产品光电编码器在轨进入增量模式问题而提出来的，光电编码器进入增量模式导致角度测量错误的一种故障冗余措施，规划了光电编码器寻零的运动路径。通过不使用编码器角度数据直接预测角度位置驱动机构，以寻找光电编码器的零位，编码器FPGA 软件接收到零位标志后对测量角度重新标定置零，并根据运动方向进行角度数据的更新，通过本发明方法保证了光电编码器寻零的完备性和准确性。通过采用本专利方法在编码器部分硬件故障的情况下对编码器测量角度进行了重新标定，保证产品的功能和性能，进而保障了在轨任务的实现。

本发明的技术解决方案是：一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统，包括寻零控制流程模块、虚拟位置预测模块、零位检测模块、光电编码器测角模块、第一差分模块、力矩电流校正模块、坐标变换模块、电流采样模块、第二差分模块、励磁电流校正模块、旋转坐标反变换模块、SVPWM调制模块、全桥逆变驱动模块、永磁同步电机和轴系负载；

寻零控制流程模块，根据寻零启动指令以及码盘零位标志字，实现对光电编码器失效下的寻零控制策略，得到寻零过程中电机的寻零转速和转动方向，并将寻零转速和转动方向发送至虚拟位置预测模块；

虚拟位置预测模块，根据寻零速度和转动方向，计算得到下一周期的虚拟预测角位置，并发送至坐标变换模块和旋转坐标反变换；

零位检测模块，用于检测光电编码器是否检测到零位信号，输出对应的码盘零位标志字；

光电编码器检测模块，用于测量机构电机输出轴的角位置和状态信息，并将角位置和状态信息输出至零位检测模块；

第一差分模块，用于对设定的力矩电流指令和两相静止坐标系下的力矩电流分量做差值计算，得到力矩电流误差；

力矩电流校正模块，用于根据第一差分模块输出的力矩电流误差，进行电流闭环控制，输出机构电机q轴参考电压，并发送至旋转坐标反变换；

坐标变换模块，用于根据下一周期的虚拟预测角位置对电流采样模块的两相电流进行矢量计算，分别输出两相静止坐标系下的力矩电流分量和励磁电流分量至第一差分模块和第二差分模块；

电流采样模块，用于检测机构电机的两相电流，并发送至坐标变换模块；

第二差分模块，用于对设定的励磁电流指令和两相静止坐标系下的励磁电流分量做差值计算，得到励磁电流误差；

励磁电流校正模块，用于根据第二差分模块输出的励磁电流误差，进行电流闭环控制，输出机构电机d轴参考电压，并发送至旋转坐标反变换；

旋转坐标反变换，用于将机构电机d轴参考电压和机构电机q轴参考电压进行旋转坐标反变换，生成机构电机α轴参考电压和机构电机β轴参考电压，并发送至SVPWM调制模块；

SVPWM调制模块，用于将机构电机α轴参考电压和机构电机β轴参考电压进行脉宽调制，生成全桥逆变所需要的脉冲，并发送至全桥逆变驱动模块；

全桥逆变驱动模块，用于将外部直流输入电压根据SVPWM调制模块输出的脉冲转换成永磁同步电机所需要的三相电压；

永磁同步电机，用于将全桥逆变驱动模块的输入电压转换为输出驱动力矩；

轴系负载，作为永磁同步电机的被控对象，根据永磁同步电机的输出驱动力矩进行相应的转动。

根据所述的一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统实现的绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法，包括如下步骤：

通过零位检测模块对编码器零位标志进行检测，输出码盘零位标志字F_zero，将码盘零位标志字通过总线发送至寻零控制流程模块；

接收启动指令，启动寻零控制流程，输出电机的寻零转速和转动方向；

将寻零转速和转动方向输入至虚拟位置预测模块，进行虚拟位置预测，计算出转子下一周期的虚拟预测角位置，并将虚拟预测角位置发送至坐标变换模块；

电流采样模块实时检测机构电机的两相电流i_a和i_c，并发送至坐标变换模块；

坐标变换模块对两相电流i_a和i_c进行矢量计算，得到电机的定子三相电流i_a、 i_b和i_c，对三相电流i_a、i_b和i_c进行3/2坐标变换，得到两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β；

根据虚拟预测角位置对两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β进行旋转坐标变换，得到两相同步旋转坐标系下的励磁电流分量i_sd和力矩电流分量i_sq；

将力矩电流指令设定为给定值

为永磁同步电机的额定电流幅值，励磁电流指令设定为给定值

分别与对应的励磁电流分量i_sd和力矩电流分量i_sq输入第一差分模块和第二差分模块进行计算，得到励磁电流差值Δi_sd和力矩电流差值Δi_sq，并分别发送至力矩电流校正模块和励磁电流校正模块；

力矩电流校正模块和励磁电流校正模块计算后分别输出旋转坐标系下的机构电机d轴参考电压

和机构电机q轴参考电压

将虚拟预测角位置以及机构电机d轴参考电压

和机构电机q轴参考电压

发送至旋转坐标反变换模块，计算得到SVPWM模块的机构电机α轴参考电压

和机构电机β轴参考电压

将机构电机α轴参考电压和机构电机β轴参考电压作为下一周期施加的电压传输至SVPWM调制模块，由SVPWM调制模块计算生成全桥逆变所需要的脉冲，并发送至全桥逆变驱动模块；

全桥逆变驱动模块根据输入的脉冲产生相应的电压施加至永磁同步电机上，驱动永磁同步电机带动轴系负载运动。

进一步地，所述寻零控制流程的实现步骤如下：

步骤一：根据零位检测模块输出的码盘零位标志字F_zero判断光电编码器是否在零位，若在零位则停止寻零驱动，则进入步骤四；若未在零位则进入步骤二；

步骤二：计算根据外部设定的寻零速度计算机构转动一圈的预测时间T_pre，对机构驱动时间计时，获得计时时间t_cur；若计时时间t_cur小于预测时间T_pre，则设定机构的转动方向为正向并将寻零速度和转动方向发送至虚拟位置预测模块，否则进入步骤三；

步骤三：判断计时时间t_cur是否小于2*T_pre，若是，则设定机构的转动方向为反向，并将寻零速度和转动方向发送至虚拟位置预测模块，然后返回步骤一，否则进入步骤四；

步骤四：停止机构转动，并将寻零速度设为0；

步骤五：重新标定光电编码器输出的角度。

进一步地，所述虚拟预测角位置为

其中，

虚拟预测角位置，θ_j为初始角位置，p_n为电机极对数，

为寻零转速，t为驱动系统的控制周期。

进一步地，所述两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β为

其中，i_c＝-i_a-i_b。

进一步地，所述两相同步旋转坐标系下的励磁电流分量i_sd和力矩电流分量 i_sq为

进一步地，所述机构电机d轴参考电压

和机构电机q轴参考电压

为

其中，k_pi为电流环调节器比例系数，k_ii为电流环调节器积分系数。电流环设计要求动态响应较快而又不允许过大超调量，可按典型二阶系统系统工程最佳方法来设计电流环调节器比例系数和积分系数。

进一步地，所述机构电机α轴参考电压

和机构电机β轴参考电压

为

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本方法利用了绝对式光电编码器的零位标志，提出了一种编码器转入增量模式下的控制策略，控制方法简单可靠，驱动过程平稳，寻零时间可控，寻零范围完备，避免了漏寻零的问题，驱动过程的力学冲击较小，特别适用于粗指向机构光学类负载。

(2)本方法针对粗指向机构编码器寻零过程的电机驱动提出了一种电机驱动预测虚拟角度位置的控制策略，不需要使用编码器的测角数据也能实现电机的驱动控制；

(3)本方法实现了编码器失效下的角度测量的重新标定，为粗指向机构的故障处理提供了冗余处置措施。在轨应用结果表明了本专利方法的有效性和准确性。

附图说明

图1为编码器寻零控制控制流程示意图；

图2为光电编码器寻零控制输出的角位置轨迹，图中，a-虚拟预测位置； b-实际转动位置；

图3为本发明寻零控制系统框图；

图4为本发明寻零控制用的光电编码器组成示意框图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明进行进一步解释和说明。

激光通信终端包含跟瞄系统以导引光束，使之迅速发现并精确跟踪目标。这种捕获、跟踪和瞄准技术简称ATP(Acquisition、Tracking and Pointing System)技术。ATP的工作过程主要分为初始指向、快速捕获、粗精跟踪和动态通信等四个重要阶段，其中粗跟踪机构(Coarse Pointing Assembly，简称 CPA)是ATP跟踪分系统的外环，具体部分由粗跟踪探测器、粗跟踪伺服控制器、粗跟踪伺服转台构成。它在系统成功捕获后，快速实现动态粗跟踪。CPA 具有较大的跟踪视场、较大的负载和较低的跟踪带宽，可保证光束进入精跟踪视场，由精跟踪机构(Fine Pointing Assembly，简称FPA)实现最终光通信链路的建立。

为了实现角秒级的指向精度，激光通信终端粗指向机构采用绝对式光电编码器作为角度传感器。光电编码器具有精度高、重量轻、结构紧凑等优点。

整个测角系统包括粗码检测、精码检测以及最外圈的零位检测，其角位置检测原理框图如图4所示。光电编码器安装在机构输出轴系18上，具有相同栅距码盘19和狭缝17彼此相对运动，当平行光源(16)穿过一个光栅时，在一定距离处形成明/暗区。当两个光栅相对运动时，穿过光栅的光得到调制。如果狭缝17对齐，则光线穿过，如果一个光栅的刻线与狭缝对齐，则光线无法通过。产生的强弱变化的光信号经过粗码接收器20和精码接收器24转化成电流信号。电流信号代表码盘的位置编码信息经过电子学处理，精码信号经精码信号放大器25放大、A/D变换器26转换成数字量信号，经由FPGA29处理。中精码和粗码经粗码信号放大器21放大、鉴幅整形器22、粗码信号锁存器23 由FPGA29将格林码译成自然二进制码。零位光源经过零位信号接收器27接收信号，通过信号比较器28比较输出1位二进制信号，输出给FPGA29最终 FPGA29处理后将光栅编码器信息通过RS422串口发送给处理器30。在机构编码器装配过程中必须保证零位传感器在机构的转动范围之类。FPGA软件按程序进行采样、细分、译码、校正、对径相加、平均、坐标转换等处理，得到角度数据以及零位标志数据，以自然二进制码形式在固定的传输周期由串行端口输出。

在光电编码器正常模式下，能够精确的提供粗指向机构当前的位置。但是当绝对式光电编码器由于部分硬件和软件功能失效时，不能准确的提供机构位置，此时FPGA软件诊断出此失效故障，生成增量模式标志位，并发送给处理器。处理器判断光电编码器码盘的状态，进行编码器寻零控制，其控制流程如图1所示，当FPGA检测到零位标志后，处理器控制程序接收到此零位标志信号中止寻零控制，完成了整个码盘寻零的控制过程。

本专利方明激光终端粗指向机构采用永磁同步电机进行直接驱动，在寻零控制过程中，粗指向机构永磁同步电机电机驱动等效为预测虚拟角位置的开环控制。目标是控制永磁同步电机转子随定子电流矢量的给定位置匀速变化而转动，这种方法是一种基于定子电流矢量离散的增量控制，采用电流闭环PI调节实现恒流控制，控制系统结构更为简单，对于带动大惯性、光学敏感类负载具有很好的定位性能，且鲁棒性强、可靠性高、控制效果更好。

为实现光电编码器的零位寻找，本方法发明采用以下技术方案：

首先，在幅值不变原则下，永磁同步电机在dq同步坐标系下的数学模型描述如下：

式中，电机定子绕组磁链方程表示为

其中：u_sd,u_sq表示定子侧的d、q轴电压；i_sd、i_sq表示定子侧的d、q轴电流； R_s表示定子侧电枢电阻；ω_r表示转子机械角频率；p为微分算子；L_sd、L_sq表示定子侧的d、q轴电感；ψ_sd、ψ_sq表示定子侧的d、q轴磁链；ψ_r表示转子永磁体在定子绕组中产生的磁链，即转子永磁磁链；p_n表示转子极对数。

其次，光电编码器寻零过程中永磁同步电机电磁转矩方程：

将式(2)代入式(3)，得到电磁转矩表达式为：

本方法发明选择定子正弦波磁动势与永磁体基波励磁磁场间正交，并独立控制定子电流幅值，实现转子同步旋转坐标中dq轴的解耦控制。为实现转子磁场定向的矢量控制，使

实现了对两个电流分量的单独控制，从而实现了所述方法对转矩和气隙磁通实现独立控制，可以得到电磁转矩表达式为

将定子电流进行dq轴分解，其d轴分量和q轴分量描述如下：

将式(7)代入式(4)，可以得到永磁同步电机数学模型中的电磁转矩方程为：

本方法发明采用隐极式永磁同步电机，有L_sd＝L_sq。式(8)转矩表达式可以简化如下：

保持定子电流矢量幅值不变，通过改变定子电流矢量与转子直轴夹角β，得到电机的电磁转矩与β正弦值成正比。

本方法发明采用i_sd＝0的矢量控制策略，此时定子电流矢量

定子电流矢量与转矩电流方向一致。针对绝对式光电编码器寻零控制功能实现，此时给出指向机构的角位置值，因此定义一个初始虚拟位置θ_j，为了实现驱动用永磁同步电机在当前位置进行转动，需对下一周期的角位置进行预测，及在虚拟位置θ_j的基础上进行下一周期位置的设定。考虑定子电流矢量按照给定的速率和方向旋转，同时定子电流矢量幅值恒定，预测的位置表达式及预测是所用的力矩电流幅值如下式所示：

式中ω_e为定子电流矢量旋转电角速度，ω_e＝p_nω_r。

此时转子磁动势与定子电流磁动势交链，产生如式(9)所示的驱动转矩，转子也跟随着定子电流给定的速率和方向转动。

根据dq旋转变换以及3/2变换，可以得到此时通入永磁同步电机的三相绕组电流为

由上式可知，通入永磁同步电机三相绕组中的电流本质上为三相对称电流。

本方法发明采用数字化控制，定子电流矢量产生的并不是连续的圆形旋转磁场，而是离散的多边形磁场。定子电流矢量在一个电周期进行离散化，则变为均匀的离散定子电流矢量，这样就可以确定电机转子跟随定子电流矢量的定位点。定子电流矢量离散化之后，相邻定子电流矢量之间的夹角定义为微步角，假设定子电流矢量步进改变的时间间隔ΔT相等，则驱动的微步角描述如下：

Δθ_m＝ω_eΔT＝p_nω_rΔT (12)

根据转矩公式(9)，可以得到采用微步驱动方式下，电机转子的驱动转矩如下式所示：

式中，k表示微步的序号。

式(13)所示转矩为永磁同步电机产生的复位转矩，复位转矩迫使定转子之间的夹角为零，使得转子能够跟随定子电流矢量的运动而转动，从而得到定子电流矢量给定的位置就是实现电机转子增量运动所达到的定位位置。因此，定子电流矢量每跨进一步，由于复位转矩的作用，电机转子亦跟随一步运动，其运动过程如图3所示。

从上面分析可以看出，改变转子给定寻零转速

就可以实现电机的驱动控制，进而完成采用不同寻零转速进行编码器的寻零操作。当需要光电编码器低速寻零时，可以设置较低的寻零转速，当需要光电编码器采用较高速度寻零时，可以增加寻零转速。为了实现比较稳定的光电编码器寻零控制模式，定子电流矢量运行按给定的寻零转速匀速旋转，转子由于受到定子电流矢量的牵引作用，也将按定子电流矢量的运动方向转动。通过上述方式从而实现了永磁同步电机无需光电编码器绝对测量角位置下的驱动，直至编码器寻到零位标志而停止，此时FPGA软件检测到零位标志对编码器角度重新置零。

实施例

本方法发明一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法实现的控制系统如图3所示包括：寻零控制流程模块1、虚拟位置预测模块2、零位检测模块3、光电编码器测角模块4、第一差分模块5、力矩电流校正模块6、坐标变换模块7、电流采样模块8、第二差分模块9、励磁电流校正模块10、旋转坐标反变换模块11、SVPWM调制模块12、全桥逆变驱动模块13、永磁同步电机14和轴系和负载15，其中零位检测功能在FPGA里实现，寻零流程模块在处理器实现，SVPWM模块为空间矢量脉宽调制模块。

一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法的控制过程包括以下步骤：

(1)通过零位检测模块3对编码器零位标志进行检测，输出标志字F_zero，将此标准通过总线发送至处理器中的寻零控制模块。

(2)启动寻零控制流程，寻零控制流程模块1实现的流程如图1所示，输出给定寻零角速度

其实现步骤如下：

步骤一：判断零位检测模块3输出的标志字F_zero判断光电编码器是否在零位，若在零位则停止寻零驱动，直接进入步骤四；若未在零位则进入步骤二；

步骤二：计算根据当前设定的转动速度计算机构转动一圈的预测时间T_pre，对机构驱动时间计时t_cur，若t_cur小于T_pre，设定机构转动方向为正向并给定角速度指令，否则进入步骤三；

步骤三：判断t_cur是否小于2*T_pre，如果满足条件设置要求，设定机构转动方向为反向，并给定角速度指令，进入步骤一，否则进入步骤四；

步骤四：如果上述条件都不满足则认为机构转动已经完成了正转和反转一圈，此时认为已经完成寻零，停止机构转动，并给定角速度指令

为0；

步骤五：光电编码器检测到零位标志后，光电编码器对输出的角度重新标定，输出增量模式下的角位置数据。

(3)如图2，根据寻零控制流程模块1输出的角速度指令

输入至虚拟位置预测模块(2)，进行虚拟位置预测，通过虚拟位置预测模块2计算出转子下一周期的给定位置

即

t为驱动系统的控制周期。

(4)将虚拟位置预测模块2计算得到的下一周期的给定位置

电流采样模块8检测到的永磁同步电机定子电流值i_a和i_c输出至坐标变换模块7；

(5)在坐标变换模块7内，对两相电流i_a和i_c进行矢量计算，得到电机的定子三相电流i_a、i_b和i_c，对三相电流i_a、i_b和i_c进行3/2坐标变换，得到两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β，即

其中，i_c＝-i_a-i_b

根据计算得到的转子位置给定值，对两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β进行静止/旋转坐标变换，得到两相同步旋转坐标系下的电流分量i_sd和i_sq

(6)力矩电流给定值给定为预测值

为永磁同步电机的额定电流幅值，励磁电流给定值

(一般设为0)，分别与对应的电流检测值i_sd和i_sq输入第一差分模块5和第二差分模块9进行计算，得到电流差值Δi_sd和Δi_sq；；

(7)电流差值分别经力矩电流校正模块6和励磁电流校正模块10(采用 PI调节器)计算后输出旋转坐标系下的参考电压

和

，如下式所示；

其中，k_pi为电流环调节器比例系数，k_ii为电流环调节器积分系数。电流环设计要求动态响应较快而又不允许过大超调量，可按典型二阶系统系统工程最佳方法来设计电流环调节器比例系数和积分系数。

(8)将虚拟位置预测模块2计算得到的下一周期的预测位置

以及旋转坐标系下的参考电压

和

传输至旋转坐标反变换模块11，计算得到SVPWM 模块的参考输入电压

和

(9)将计算得到的电压参考值作为下一周期施加的电压传输至SVPWM 调制模块12，由SVPWM调制模块12计算得到的三相PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)占空比，并在进入下一个周期后将输出的三相占空比 PWM波形传输至全桥逆变驱动模块13，全桥逆变驱动模块13根据输入的 PWM波形产生相应的电压施加至永磁同步电机上，驱动永磁同步电机运动。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统，其特征在于：包括寻零控制流程模块(1)、虚拟位置预测模块(2)、零位检测模块(3)、光电编码器测角模块(4)、第一差分模块(5)、力矩电流校正模块(6)、坐标变换模块(7)、电流采样模块(8)、第二差分模块(9)、励磁电流校正模块(10)、旋转坐标反变换模块(11)、SVPWM调制模块(12)、全桥逆变驱动模块(13)、永磁同步电机(14)和轴系负载(15)；

寻零控制流程模块(1)，根据寻零启动指令以及码盘零位标志字，实现对光电编码器失效下的寻零控制策略，得到寻零过程中电机的寻零转速和转动方向，并将寻零转速和转动方向发送至虚拟位置预测模块(2)；所述寻零控制策略的实现步骤如下：

步骤一：根据零位检测模块(3)输出的码盘零位标志字F_zero判断光电编码器是否在零位，若在零位则停止寻零驱动，则进入步骤四；若未在零位则进入步骤二；

步骤二：计算根据外部设定的寻零速度计算机构转动一圈的预测时间T_pre，对机构驱动时间计时，获得计时时间t_cur；若计时时间t_cur小于预测时间T_pre，则设定机构的转动方向为正向并将寻零速度和转动方向发送至虚拟位置预测模块(2)，否则进入步骤三；

步骤三：判断计时时间t_cur是否小于2*T_pre，若是，则设定机构的转动方向为反向，并将寻零速度和转动方向发送至虚拟位置预测模块(2)，然后返回步骤一，否则进入步骤四；

步骤四：停止机构转动，并将寻零速度设为0；

步骤五：重新标定光电编码器输出的角度；

虚拟位置预测模块(2)，根据寻零速度和转动方向，计算得到下一周期的虚拟预测角位置，并发送至坐标变换模块(7)和旋转坐标反变换模块(11)；所述虚拟预测角位置为

其中，

虚拟预测角位置，θ_j为初始角位置，p_n为电机极对数，

为寻零转速，t为驱动系统的控制周期；

零位检测模块(3)，用于检测光电编码器是否检测到零位信号，输出对应的码盘零位标志字；

光电编码器测角模块(4)，用于测量机构电机输出轴的角位置和状态信息，并将角位置和状态信息输出至零位检测模块(3)；

第一差分模块(5)，用于对设定的力矩电流指令和两相静止坐标系下的力矩电流分量做差值计算，得到力矩电流误差；

力矩电流校正模块(6)，用于根据第一差分模块输出的力矩电流误差，进行电流闭环控制，输出机构电机q轴参考电压，并发送至旋转坐标反变换模块(11)；

坐标变换模块(7)，用于根据下一周期的虚拟预测角位置对电流采样模块(8)的两相电流进行矢量计算，分别输出两相静止坐标系下的力矩电流分量和励磁电流分量至第一差分模块(5)和第二差分模块(9)；

电流采样模块(8)，用于检测机构电机的两相电流，并发送至坐标变换模块(7)；

第二差分模块(9)，用于对设定的励磁电流指令和两相静止坐标系下的励磁电流分量做差值计算，得到励磁电流误差；

励磁电流校正模块(10)，用于根据第二差分模块输出的励磁电流误差，进行电流闭环控制，输出机构电机d轴参考电压，并发送至旋转坐标反变换模块(11)；

旋转坐标反变换模块(11)，用于将机构电机d轴参考电压和机构电机q轴参考电压进行旋转坐标反变换，生成机构电机α轴参考电压和机构电机β轴参考电压，并发送至SVPWM调制模块(12)；

SVPWM调制模块(12)，用于将机构电机α轴参考电压和机构电机β轴参考电压进行脉宽调制，生成全桥逆变所需要的脉冲，并发送至全桥逆变驱动模块(13)；

全桥逆变驱动模块(13)，用于将外部直流输入电压根据SVPWM调制模块(12)输出的脉冲转换成永磁同步电机(14)所需要的三相电压；

永磁同步电机(14)，用于将全桥逆变驱动模块(13)的输入电压转换为输出驱动力矩；

轴系负载(15)，作为永磁同步电机(14)的被控对象，根据永磁同步电机(14)的输出驱动力矩进行相应的转动。

2.根据权利要求1所述的一种绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制系统实现的绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过零位检测模块(3)对编码器零位标志进行检测，输出码盘零位标志字F_zero，将码盘零位标志字通过总线发送至寻零控制流程模块；

接收启动指令，启动寻零控制流程，输出电机的寻零转速和转动方向；

将寻零转速和转动方向输入至虚拟位置预测模块(2)，进行虚拟位置预测，计算出转子下一周期的虚拟预测角位置，并将虚拟预测角位置发送至坐标变换模块(7)；

电流采样模块(8)实时检测机构电机的两相电流i_a和i_c，并发送至坐标变换模块(7)；

坐标变换模块(7)对两相电流i_a和i_c进行矢量计算，得到电机的定子三相电流i_a、i_b和i_c，对三相电流i_a、i_b和i_c进行3/2坐标变换，得到两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β；

根据虚拟预测角位置对两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β进行旋转坐标变换，得到两相同步旋转坐标系下的励磁电流分量i_sd和力矩电流分量i_sq；

将力矩电流指令设定为给定值

为永磁同步电机的额定电流幅值，励磁电流指令设定为给定值

分别与对应的励磁电流分量i_sd和力矩电流分量i_sq输入第一差分模块(5)和第二差分模块(9)进行计算，得到励磁电流差值Δi_sd和力矩电流差值Δi_sq，并分别发送至力矩电流校正模块(6)和励磁电流校正模块(10)；

力矩电流校正模块(6)和励磁电流校正模块(10)计算后分别输出旋转坐标系下的机构电机d轴参考电压

和机构电机q轴参考电压

将虚拟预测角位置以及机构电机d轴参考电压

和机构电机q轴参考电压

发送至旋转坐标反变换模块(11)，计算得到SVPWM模块的机构电机α轴参考电压

和机构电机β轴参考电压

将机构电机α轴参考电压和机构电机β轴参考电压作为下一周期施加的电压传输至SVPWM调制模块(12)，由SVPWM调制模块(12)计算生成全桥逆变所需要的脉冲，并发送至全桥逆变驱动模块(13)；

全桥逆变驱动模块(13)根据输入的脉冲产生相应的电压施加至永磁同步电机(14)上，驱动永磁同步电机(14)带动轴系负载(15)运动。

3.根据权利要求2所述的绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法，其特征在于：所述两相静止坐标系下的电流分量i_α和i_β为

其中，i_c＝-i_a-i_b。

4.根据权利要求3所述的绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法，其特征在于：所述两相同步旋转坐标系下的励磁电流分量i_sd和力矩电流分量i_sq为

5.根据权利要求4所述的绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法，其特征在于：所述机构电机d轴参考电压

和机构电机q轴参考电压

为

其中，k_pi为电流环调节器比例系数，k_ii为电流环调节器积分系数，电流环设计要求动态响应较快而又不允许过大超调量，可按典型二阶系统工程最佳方法来设计电流环调节器比例系数和积分系数。

6.根据权利要求5所述的绝对式光电编码器失效模式下的寻零控制方法，其特征在于：所述机构电机α轴参考电压

和机构电机β轴参考电压

为

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