CN112803857A - 一种用于eps的电机初始角标定系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于EPS的电机初始角标定系统及其方法，通过电机角度采集、电机初始角粗标、电机初始角精标、电机控制来实现电机初始角的精确标定。本发明的优点为：标定方法便捷，测算角度精确，降低成本，提升了产品的竞争力。

Description

一种用于EPS的电机初始角标定系统及其方法
技术领域
本发明涉及EPS技术领域，具体涉及一种用于EPS的电机初始角标定系统及其方法。
背景技术
EPS(电动助力转向)采用电动机提供助力的控制过程。对于使用矢量场控制算法来控制电机的EPS控制器来说，需要使用电机的位置传感器获取电机的角度，以便进行精细化的控制，提供更好的驾驶体验。
为了解决以上问题，目前采用的方式是使用霍尔或光电编码器的电机，其能够直接提供转子的初始角，而这样的电机相对普通永磁同步电机比较昂贵，并且对电机的装配过程要求很高，必须要求位置传感器与电机的相对位置固定，同样也提升了电机的成本。本文档提供了一种电机初始角的标定方法，不需要电机的转子位置传感器与电机的相对位置固定，即使同一批次电机的初始角不一致，通过粗标和精标相结合的方式，能够得到电机精确的初始角。
发明内容
本发明的目的是提供一种粗标和精标相结合、提高精度、降低成本的用于EPS的电机初始角标定系统及其方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种用于EPS的电机初始角标定系统，包括电机及其内置的位置传感器和电子控制单元，所述电子控制单元包括电机控制模块、角度采集模块、角度粗标模块和角度精标模块；
所述角度采集模块实时采集电机的位置传感器的信号并将其进行转换，角度采集模块分别与角度粗标模块、电机控制模块通讯连接；
所述角度粗标模块通过电机控制模块对电机进行开环控制，对电机的初始角进行大致标定，角度粗标模块与角度精标模块通讯连接；
所述角度精标模块通过电机控制模块对电机进行速度闭环控制，对电机的粗标初始角进行修正；
所述电机控制模块控制电机运行并确定电机的旋转角度，电机控制模块分别与电机、角度采集模块、角度粗标模块、角度精标模块通讯连接。
进一步地，所述角度采集模块从电机的位置传感器获取两个信号，分别为角度的正弦值Asinθ和角度的余弦值Acosθ，并通过反正切法得到电机的角度。
一种用于EPS的电机初始角标定方法，包括如下步骤：
S1)角度粗标
角度粗标模块将粗标初始角设为0度，然后利用电机控制模块进行电机开环控制，Q轴上给一个电压，D轴上电压为0，电机的转速为0，电机的角度为0；电机控制模使用矢量控制方法控制电机，该控制方法会将电机进行简化，放到一个新坐标系中，该坐标系中的y轴，即正交轴，简称Q轴，坐标系中的x轴，即直轴，简称D轴。
电机在电机控制模块的开环控制下，会转到一个固定位置θ0，得到电机的粗标初始角为：
θ0＝90°-θ；其中，θ为电机的位置传感器感应的角度，θ0为电机的粗标初始角；
S2)角度精标
在得到粗标初始角后，角度精标模块利用电机控制模块进行电机速度闭环控制；
角度精标模块通过电机控制模块让电机以1000rpm的速度正转，得到Q轴上的电压QV1和D轴上的电压DV1；
角度精标模块通过电机控制模块让电机以1000rpm的速度反转，得到Q轴上的电压QV2和D轴上的电压DV2；
根据DV1-DV2的值修正角度偏差，得到电机的精标初始角为：
θ0’＝(DV1-DV2)×k；其中，θ0’为精标初始角，DV1为电机以1000rpm速度正转时的D轴电压，DV2为电机以1000rpm反转时的D轴电压；k为修正系数；
S3)确定电机实际旋转角度
电机控制模块测算电机实际旋转角度为：
g＝θ+θ0+θ0’；其中，θ为位置传感器感应的角度，θ0为电机的粗标初始角，θ0’为精标初始角，g为电机的旋转角度。
进一步地，所述θ为角度采集模块通过采集电机的位置传感器信号并将其进行转换，得到
Figure BDA0002886167260000031
其中，θ为电机的位置传感器感应的角度，ADsinθ为位置传感器上的正弦信号，ADcosθ为位置传感器上的余弦信号。
进一步地，在步骤S2)中，若粗标初始角与实际初始角完全一致，则QV1等于-QV2，DV1-DV2的值为0；若粗标初始角与实际初始角的偏差越大，则QV1等于-QV2，DV1-DV2的值就越大。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明一种用于EPS的电机初始角标定系统及其方法，标定方法便捷，测算角度精确，降低成本，提升了产品的竞争力。
附图说明
图1是本发明一种用于EPS的电机初始角标定系统的模块结构示意图；
图2是本发明一种用于EPS的电机初始角标定方法的流程示意图；
图3是本发明的电机控制器的框架图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
如图1所示，一种用于EPS的电机初始角标定系统，包括电机及其内置的位置传感器和电子控制单元，所述电子控制单元包括电机控制模块、角度采集模块、角度粗标模块和角度精标模块。
所述角度采集模块实时采集电机的位置传感器的信号并将其进行转换，角度采集模块从电机的位置传感器获取两个信号，分别为角度的正弦值Asinθ和角度的余弦值Acosθ，并通过反正切法得到电机的角度。角度采集模块分别与角度粗标模块、电机控制模块通讯连接，角度采集模块将角度信息传输给角度粗标模块和电机控制模块，以便进一步运算。
所述角度粗标模块通过电机控制模块对电机进行开环控制，对电机的初始角进行大致标定，角度粗标模块与角度精标模块通讯连接，角度粗标模块将粗标初始角信息传输给角度精标模块和电机控制模块，以便进一步运算。
所述角度精标模块通过电机控制模块对电机进行速度闭环控制，对电机的粗标初始角进行修正，角度精标模块将得到的精标初始角信息传输给电机控制模块，以便进一步运算。
所述电机控制模块控制电机运行并确定电机的旋转角度，电机控制模块分别与电机、角度采集模块、角度粗标模块、角度精标模块通讯连接。
一种用于EPS的电机初始角标定方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1)角度粗标
角度粗标模块将粗标初始角设为0度，然后利用电机控制模块进行电机开环控制，Q轴上给一个电压，D轴上电压为0，电机的转速为0，电机的角度为0；
电机在电机控制模块的开环控制下，会转到一个固定位置θ0，得到电机的粗标初始角为：
θ0＝90°-θ；其中，θ为电机的位置传感器感应的角度，θ0为电机的粗标初始角；
所述θ为角度采集模块通过采集电机的位置传感器信号并将其进行转换，得到
Figure BDA0002886167260000051
其中，θ为电机的位置传感器感应的角度，ADsinθ为位置传感器上的正弦信号，ADcosθ为位置传感器上的余弦信号；
S2)角度精标
在得到粗标初始角后，角度精标模块利用电机控制模块进行电机速度闭环控制；
首先，角度精标模块通过电机控制模块让电机以1000rpm的速度正转，得到Q轴上的电压QV1和D轴上的电压DV1；
然后，角度精标模块通过电机控制模块让电机以1000rpm的速度反转，得到Q轴上的电压QV2和D轴上的电压DV2；
若粗标初始角与实际初始角完全一致，则QV1等于-QV2，DV1-DV2的值为0；若粗标初始角与实际初始角的偏差越大，则QV1等于-QV2，DV1-DV2的值就越大；
根据DV1-DV2的值修正角度偏差，得到电机的精标初始角为：
θ0’＝(DV1-DV2)×k；其中，θ0’为精标初始角，DV1为电机以1000rpm速度正转时的D轴电压，DV2为电机以1000rpm反转时的D轴电压；k为修正系数；
S3)确定电机实际旋转角度
电机控制模块测算电机实际旋转角度为：
g＝θ+θ0+θ0’；其中，θ为位置传感器感应的角度，θ0为电机的粗标初始角，θ0’为精标初始角，g为电机的旋转角度。
在进行电机初始角标定时，需要通过电机的位置传感器采集电机的角度，并通过预驱输出电压，控制电机转动。如图3所示为控制器的框架图，图右侧的Motor为电机，电机下方的resolver为电机的位置传感；框图内的MCU即为微控制器，完成所有的计算工作；MCU周围的Driver，Switch，Isolator Drvier等，都是驱动电机的电路；框图左侧的HELLAtorque angle sensor是一个传感器，用于获取方向盘的转矩和转角；框图左下方的CANBUS用于获取汽车的车速等信号。本控制器的工作原理是，当传感器上检测到方向盘上的转矩后，控制器根据转矩的大小以及收到的当前车速，计算需要提供的助力大小，然后控制电机提供相应的助力。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于EPS的电机初始角标定系统，包括电机及其内置的位置传感器和电子控制单元，其特征在于：所述电子控制单元包括电机控制模块、角度采集模块、角度粗标模块和角度精标模块；
所述角度采集模块实时采集电机的位置传感器的信号并将其进行转换，角度采集模块分别与角度粗标模块、电机控制模块通讯连接；
所述角度粗标模块粗标初始角，角度粗标模块与角度精标模块通讯连接；
所以角度精标模块精标初始角；
所述电机控制模块控制电机运行并确定电机的旋转角度，电机控制模块分别与电机、角度采集模块、角度粗标模块、角度精标模块通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于EPS的电机初始角标定系统，其特征在于：所述角度采集模块从电机的位置传感器获取两个信号，分别为角度的正弦值Asinθ和角度的余弦值Acosθ，并通过反正切法得到电机的角度。
3.根据权利要求1所述的一种用于EPS的电机初始角标定系统，其特征在于：所述角度粗标模块通过电机控制模块对电机进行开环控制，对电机的初始角进行大致标定。
4.根据权利要求1所述的一种用于EPS的电机初始角标定系统，其特征在于：所述角度精标模块通过电机控制模块对电机进行速度闭环控制，对电机的粗标初始角进行修正。
5.一种用于EPS的电机初始角标定方法，其特征在于包括如下步骤：
S1)角度粗标
角度粗标模块将粗标初始角设为0度，然后利用电机控制模块进行电机开环控制，Q轴上给一个电压，D轴上电压为0，电机的转速为0，电机的角度为0；
电机在电机控制模块的开环控制下，会转到一个固定位置θ0，得到电机的粗标初始角为：
θ0＝90°-θ；其中，θ为电机的位置传感器感应的角度，θ0为电机的粗标初始角；
S2)角度精标
在得到粗标初始角后，角度精标模块利用电机控制模块进行电机速度闭环控制；
角度精标模块通过电机控制模块让电机以1000rpm的速度正转，得到Q轴上的电压QV1和D轴上的电压DV1；
角度精标模块通过电机控制模块让电机以1000rpm的速度反转，得到Q轴上的电压QV2和D轴上的电压DV2；
根据DV1-DV2的值修正角度偏差，得到电机的精标初始角为：
θ0’＝(DV1-DV2)×k；其中，θ0’为精标初始角，DV1为电机以1000rpm速度正转时的D轴电压，DV2为电机以1000rpm反转时的D轴电压；k为修正系数；
S3)确定电机实际旋转角度
电机控制模块测算电机实际旋转角度为：
g＝θ+θ0+θ0’；其中，θ为位置传感器感应的角度，θ0为电机的粗标初始角，θ0’为精标初始角，g为电机的旋转角度。
6.根据权利要求5所述的一种用于EPS的电机初始角标定方法，其特征在于：所述θ为角度采集模块通过采集电机的位置传感器信号并将其进行转换，得到
Figure FDA0002886167250000021
其中，θ为电机的位置传感器感应的角度，ADsinθ为位置传感器上的正弦信号，ADcosθ为位置传感器上的余弦信号。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于EPS的电机初始角标定方法，其特征在于：在步骤S2)中，若粗标初始角与实际初始角完全一致，则QV1等于-QV2，DV1-DV2的值为0；若粗标初始角与实际初始角的偏差越大，则QV1等于-QV2，DV1-DV2的值就越大。
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