CN112448637B - 一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法 - Google Patents

一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车电子控制技术领域，具体的讲是一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，令角度信号1和角度信号2采样同步，计算两者之间的角度信号误差，控制电机的输入电流以及由不同大小的电流引起的角度信号误差，计算d轴角度误差以及q轴角度误差，然后分别进行快速傅里叶变换，得到频域分布，从而得到不同电流下准确的各阶次谐波幅值和各阶次谐波相位值，然后进行回归分析，得到误差谐波，最后进行补偿计算，本发明与现有技术相比，是根据角度误差频域信号分析获得准确的各阶次谐波幅值和相位，不需要进行复杂的估计,同时比估测的方法准确度更高。

Description

一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法
技术领域
本发明涉及汽车电子控制技术领域，具体的讲是一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法。
背景技术
磁阻式转子位置传感器可以基于磁电阻效应磁信号转变为电信号，以此来测量电机角度位置，当电机内部通过电流较大时，会产生杂散干扰磁场，导致转变的电信号有误差。现有技术大多通过大量实验进行估测误差值进行补偿，过程复杂且不够准确。
为此设计一种不需要进行复杂的估计，可以根据角度误差频域信号分析获得准确的各阶次谐波幅值和相位的转子位置传感器角度信号误差补偿方法是十分有必要的。
发明内容
本发明突破了现有技术的难题，设计了一种不需要进行复杂的估计，可以根据角度误差频域信号分析获得准确的各阶次谐波幅值和相位的转子位置传感器角度信号误差补偿方法。
为了达到上述目的，本发明设计了一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：转子位置传感器将角度信号1传递给转向系统控制单元，转向系统控制单元产生外部采样触发信号，并将该信号传递给外部高精度角度采样设备，与此同时，增量编码器将角度信号2传递给外部高精度角度采样设备；
步骤2：通过步骤1达到角度信号1和角度信号2采样同步，以高精度增量编码器的角度信号作为测量真实值，计算角度信号1和角度信号2之间的角度信号误差，记为Aer；
步骤3：控制电机输入的电流Is并分别记录不同大小的Isn，以及由不同大小的Is引起的Aer的数值，记为Aer,n，通过公式3-1计算得到d轴电流Id引起的系统角度误差Aerd，n以及q轴电流Iq引起的系统角度误差Aerq，n，其中n代表不同电流下进行记录的序号；
步骤4：对Aerd，n和Aerq，n分别进行快速傅里叶变换，得到d轴系统角度误差Aerd和q轴系统角度误差Aerq的频域分布；
步骤5：根据步骤4的频域分布，可以得到不同电流下准确的各阶次谐波幅值Amnd、Amnq和各阶次谐波相位值θmnd、θmnq，其中Amnd为注入电流值序号为n时d轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的幅值，θmnd为注入电流值序号为n时d轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的相位，Amnq为注入电流值序号为n时q轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的幅值，θmnd为注入电流值序号为n时q轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的相位；
步骤6：对得到的各阶次谐波幅值Amnd和Amnq，各阶次谐波相位值θmnd和θmnq进行回归分析；
步骤7：分别计算q轴和d轴的误差谐波Pmq和Pmd；
步骤8：分别对d轴和q轴角度误差信号进行补偿计算。
所述步骤2中的Aer＝角度信号2-角度信号1。
步骤3中所述的公式3-1为：Aer，n＝Aerd，n+Aerq，n，其中Aer，n为不同大小的Is引起的Aer的数值，n为注入的电流值，Aerd为d轴电流Id引起的系统角度误差，Aerq为q轴电流Iq引起的系统角度误差。
所述步骤6中回归分析中的回归线性方程为：
Amnd＝kAmd×Id+dAmd；
Amnq＝kAmq×Iq+dAmq；
θmnd＝kθmd×Id+bθmd；
θmnq＝kθmq×Iq+bθmq；
其中kAmd、dAmd、kAmq、dAmq、kθmd、kθmq、bθmd、bθmq在回归后都为常数，其中kAmd、kAmq、kθmd、kθmq分别表示斜率，dAmd、dAmq、bθmd、bθmq分别表示截距。
所述步骤7中Pmd＝Amnd sin(mp+θmnd)＝(kAmd×Id+dAmd)sin[mp+kθmd×Id+bθmd]；
Pmq＝Amnq sin(mp+θmnq)＝(kAmq×Iq+dAmq)sin[mp+kθmq×Iq+bθmmq]；
其中Iq为q轴电流大小，Id为d轴电流大小，p为从转子位置传感器获取的当前角度值，m为谐波次数，kAmd、kAmq、kθmd、kθmq分别表示斜率，dAmd、dAmq、bθmd、bθmq分别表示截距。
所述步骤8中进行角度误差信号补偿计算的公式是P’＝p-Pm，其中P’是补偿后的角度，p为从转子位置传感器获取的当前角度值，当对q轴角度误差信号进行补偿计算时，Pm＝Pmq；当对d轴角度误差信号进行补偿计算的时候，Pm＝Pmd。
本发明与现有技术相比，是根据角度误差频域信号分析获得准确的各阶次谐波幅值和相位，不需要进行复杂的估计，同时比估测的方法准确度更高。
附图说明
图1为本发明的系统信号传递流程示意图。
图2为d轴三阶谐波幅值A3nd与Id的关系示意图。
图3为d轴三阶谐波相位θ3nd与Id的关系示意图。
具体实施方式
在具体实施中，本发明设计了一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，按如下步骤进行：
步骤1：参见图1，转子位置传感器将角度信号1传递给转向系统控制单元，转向系统控制单元产生外部采样触发信号，并将该信号传递给外部高精度角度采样设备，与此同时，增量编码器将角度信号2传递给外部高精度角度采样设备。
步骤2：通过步骤1达到角度信号1和角度信号2采样同步，以高精度增量编码器的角度信号作为测量真实值，计算角度信号1和角度信号2之间的角度信号误差，记为Aer。
步骤3：控制电机输入的电流Is并分别记录不同大小的Isn，以及由不同大小的Is引起的Aer的数值，记为Aer，n，由于系统测量角度误差Aer，n是由控制电流Is产生的杂散磁场产生干扰导致，而
Figure GDA0003473097580000041
所以将电流引起的系统测量角度误差Aer，n分为d轴和q轴两个部分，通过公式3-1计算得到d轴电流Id引起的系统角度误差Aerd，n以及q轴电流Iq引起的系统角度误差Aerq，n，其中n代表不同电流下进行记录的序号。
具体的计算方式如下：利用公式
Figure GDA0003473097580000042
和公式3-1，令Iq等于0，可得到Is＝|Id|，给电机单注入Id电流，不注入Iq同时通过外部负载电机拖动电机转动，可以获得不同电流值下的d轴系统角度误差Aerd，n。
同理令Id等于0，经过同样的步骤得到不同电流值下的q轴系统角度误差Aerq，n。
步骤4：对Aerd，n和Aerq，n分别进行快速傅里叶变换，得到d轴系统角度误差Aerd和q轴系统角度误差Aerq的频域分布：
Aerd，n＝A0d，n+A1d，n sin(p+θ1nd)+A2nd sin(2p+θ2nd)+…Amnd sin(mp+θmnd)Aerq，n＝A0q，n+A1nq sin(p+θ1nq)+A2nq sin(2p+θ2nq)+…+Amnq sin(mp+θmnq)
其中A0为基波，m对应谐波阶次，1为1次谐波，2为2次谐波，m为m次阶谐波，n为注入的电流值。
步骤5：根据步骤4的频域分布，可以得到不同电流下准确的各阶次谐波幅值Amnd、Amnq和各阶次谐波相位值θmnd、θmnq，其中Amnd为注入电流值序号为n时d轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的幅值，θmnd为注入电流值序号为n时d轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的相位，Amnq为注入电流值序号为n时q轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的幅值，θmnd为注入电流值序号为n时q轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的相位。
步骤6：对得到的各阶次谐波幅值Amnd和Amnq，各阶次谐波相位值θmnd和θmnq，但在实际工况中系统电流是连续信号而不是离散值，所以需要对得到的幅值和相位进行回归分析。
步骤7：分别计算q轴和d轴的误差谐波Pmq和Pmd。
步骤8：分别对d轴和q轴角度误差信号进行补偿计算。
本发明的步骤2中的Aer角度信号2-角度信号1。
本发明的步骤3中所述的公式3-1为：Aer，n＝Aerd，n+Aerq，n，其中Aer，n为不同大小的Is引起的Aer的数值，n为注入的电流值，Aerd为d轴电流Id引起的系统角度误差，Aerq为q轴电流Iq引起的系统角度误差。
本发明的步骤6中回归分析中的回归线性方程为：
Amnd＝kAmd×Id+dAmd；
Amnq＝kAmq×Iq+dAmq；
θmnd＝kθmd×Id+bθmd；
θmnq＝kθmq×Iq+bθmq；
其中kAmd、dAmd、kAmq、dAmq、kθmd、kθmq、bθmd、bθmq在回归后都为常数，其中kAmd、kAmq、kθmd、kθmq分别表示斜率，dAmd、dAmq、bθmd、bθmq分别表示截距。
本发明的步骤7中Pmd＝Amnd sin(mp+θmnd)＝(kAmd×Id+dAmd)sin[mp+kθmd×Id+bθmd]；
Pmq＝Amnq sin(mp+θmnq)＝(kAmq×Iq+dAmq)sin[mp+kθmq×Iq+bθmq]；
其中Iq为q轴电流大小，Id为d轴电流大小，p为从转子位置传感器获取的当前角度值，m为谐波次数，kAmd、kAmq、kθmd、kθmq分别表示斜率，dAmd、dAmq、bθmd、bθmq分别表示截距。
本发明的步骤8中进行角度误差信号补偿计算的公式是P’＝p-Pm，其中P’是补偿后的角度，p为从转子位置传感器获取的当前角度值，当对q轴角度误差信号进行补偿计算时，Pm＝P1q+P2q+…+Pmq；当对d轴角度误差信号进行补偿计算的时候，Pm＝P1d+P2d+…+Pmd。
综上所述我们只需要从系统中获取当前电机内电流Id和Iq的值，即可通过公式法或查表法对当前系统角度误差进行补偿，从而减小由电流产生杂散磁场带来的角度误差。与现有技术相比，不需要进行复杂的估计，同时比估测的方法准确度更高。
实施例1：
以三阶谐波d轴电流的角度补偿为例：
负载电机拖动电机转动，给电机分别注入Id为10A，20A，30A，50A，100A电流，得到对应的Aerd，10，Aerd，20…Aerd，100。
对Aerd，10，Aerd，20…Aerd，100进行快速傅里叶变换得到不同电流下系统的角度误差的3阶频域分布：A3nd sin(3p+θ3nd)，并形成图表状，如图2和图3，从图中可以得到：
Id＝10A时，A3nd＝12.10θ3nd＝188.5；
Id＝20A时，A3nd＝27.51θ3nd＝188.6；
Id＝30A时，A3nd＝41.69θ3nd＝188.1；
Id＝40A时，A3nd＝56.66θ3nd＝189；
Id＝50A时，A3nd＝72.69θ3nd＝188.2；
之后进行回归分析得到回归方程：
A3nd＝1.5*Id；
θ3nd＝188.5；
然后对d轴系统角度误差三阶补偿：
P′＝P-Pmd＝P-1.5Id*sin(3P+188.5)；
其中P为当前从转子位置传感器获取的当前角度值，在进行计算时带入读取的数据即可。
三阶谐波q轴电流的角度补偿的计算和以上计算相同，只是适应性的将d轴电流等数据换为q轴电流。
其他各阶谐波也以同样方式进行补偿计算，从而减小由电流产生杂散磁场带来的角度误差。

Claims (5)

1.一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤1：转子位置传感器将角度信号1传递给转向系统控制单元，转向系统控制单元产生外部采样触发信号，并将该信号传递给外部高精度角度采样设备，与此同时，增量编码器将角度信号2传递给外部高精度角度采样设备；
步骤2：通过步骤1达到角度信号1和角度信号2采样同步，以高精度增量编码器的角度信号作为测量真实值，计算角度信号1和角度信号2之间的角度信号误差，记为Aer；
步骤3：控制电机输入的电流Is并分别记录不同大小的Isn，以及由不同大小的Is引起的Aer的数值，记为Aer,n，通过公式3-1计算得到d轴电流
Figure DEST_PATH_IMAGE002
引起的系统角度误差Aerd,n以及 q轴电流
Figure DEST_PATH_IMAGE004
引起的系统角度误差Aerq,n，其中n代表不同电流下进行记录的序号；
步骤4：对Aerd,n和Aerq,n分别进行快速傅里叶变换，得到d轴系统角度误差Aerd和q轴系统角度误差Aerq的频域分布；
步骤5：根据步骤4的频域分布，可以得到不同电流下准确的各阶次谐波幅值Amnd、Amnq和各阶次谐波相位值θmnd、θmnq，其中Amnd为注入电流值序号为n时d轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的幅值，θmnd为注入电流值序号为n时d轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的相位，Amnq为注入电流值序号为n时q轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的幅值，θmnd为注入电流值序号为n时q轴电流引起的系统角度误差第m次谐波分量的相位；
步骤6：对得到的各阶次谐波幅值Amnd和Amnq，各阶次谐波相位值θmnd和θmnq进行回归分析；
步骤7：分别计算q轴和d轴的误差谐波Pmq和Pmd；
步骤8：分别对d轴和q轴角度误差信号进行补偿计算；
步骤3中所述的公式3-1为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，其中Aer,n为不同大小的Is引起的Aer的数值，n为注入的电流值，Aerd为d轴电流Id引起的系统角度误差，Aerq为q轴电流Iq引起的系统角度误差。
2.根据权利要求1所述的一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，其特征在于：所述步骤2中的Aer=角度信号2-角度信号1。
3.根据权利要求1所述的一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，其特征在于：所述步骤6中回归分析中的回归线性方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE016
在回归后都为常数，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE018
分别表示斜率，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
分别表示截距。
4.根据权利要求1所述的一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，其特征在于：所述步骤7中
Figure DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
其中Iq为q轴电流大小，Id为d轴电流大小，p为从转子位置传感器获取的当前角度值， m为谐波次数，
Figure 70531DEST_PATH_IMAGE018
分别表示斜率，
Figure 465740DEST_PATH_IMAGE020
分别表示截距。
5.根据权利要求1所述的一种转子位置传感器角度信号的误差补偿方法，其特征在于：所述步骤8中进行角度误差信号补偿计算的公式是P’=p-Pm，其中P’是补偿后的角度，p为从转子位置传感器获取的当前角度值，当对q轴角度误差信号进行补偿计算时，Pm=Pmq；当对d轴角度误差信号进行补偿计算的时候，Pm=Pmd。
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