CN112865647B - 一种电机转子位置全自动标定系统及标定方法 - Google Patents

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Abstract

一种电机转子位置全自动标定系统及标定方法，其中，系统包括：电机；求差电路，与电机的U、V、W三根相线中的任意两根相线连接，采样电机运行在发电状态下与之相连的两根相线上的反电动势并进行作差运算；位置传感器，与电机的转轴同心固定，实时检测电机的转轴角度并输出对应的检测信号；以及MCU，通过驱动电路与电机的U、V、W三根相线连接以控制电机运转，还与求差电路和位置传感器分别连接以实时获取作差运算的结果信号及检测信号，并根据作差运算的结果和检测信号进行标定。本发明实现了全自动标定，可以在标定过程中脱离人工干预，自动完成了电机转子位置与位置传感器的匹配过程。

Description

一种电机转子位置全自动标定系统及标定方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机转子位置全自动标定系统及标定方法。
背景技术
在电机应用领域，尤其是对负载能力和控制精度要求比较高的场合，位置传感器是一个关键部件。它能提供电机转子在各种速度下的精确位置，从而让电机控制器具有高精度、高效率和快速响应的电机控制能力。
电机位置传感器的种类繁多，包括旋转变压器、磁编码器、霍尔开关等。其在使用过程中存在的共同劣势是：其在安装时需要进行手动机械调零，即通过手工调节传感器安装位置或角度来匹配电机的磁场零点，以实现传感器输出角度和电机真实角度的匹配。这种手工标定过程存在明显的缺陷，一方面是标定精度严重依赖于机加工和测量工具的精度，另一方面是标定过程在某些应用场合明显会受到场地制约，更重要的是手动标定不适用于大规模批量生产，其效率和一致性都无法得到保证。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全自动标定，且可在标定过程中脱离人工干预，自动完成电机转子位置与位置传感器的匹配过程的电机转子位置全自动标定系统及标定方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种电机转子位置全自动标定系统，包括：
电机；
求差电路，与电机的U、V、W三根相线中的任意两根相线连接，用于采样电机运行在发电状态下与之相连的两根相线上的反电动势并进行作差运算；
位置传感器，与电机的转轴同心固定，用于实时检测电机的转轴角度并输出对应的检测信号；以及
MCU，通过驱动电路与电机的U、V、W三根相线连接以控制电机运转，还与求差电路和位置传感器分别连接以实时获取作差运算的结果信号及检测信号，并根据作差运算的结果和检测信号进行标定；
作为发明的进一步优选技术方案，所述位置传感器具有与电机的转轴同心设置的感应磁铁，感应磁铁为径向充磁的磁铁，感应磁铁的极对数至少为一对，位置传感器将感应磁铁的磁场角度作为检测信号输出给MCU。
作为发明的进一步优选技术方案，所述驱动电路的输出侧还设有逆变系统，MCU通过驱动电路后再经逆变系统与电机的U、V、W三根相线连接。
作为发明的进一步优选技术方案，所述MCU还连接有存储单元，存储单元用于存储标定的结果数据。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种电机转子位置全自动标定系统的标定方法，包括以下步骤：
S101，启动并控制电机加速到预设速度后，控制驱动电路关闭输出，电机在惯性推动下继续在发电状态运行；
S102，实时获取通过求差电路作差运算得到的结果，对连续的作差结果进行比较，找出作差结果的最大值或最小值并记作M0，定义M0为电机的零位；
S103，实时获取位置传感器采样得到的检测信号，记录在找到M0瞬间时的检测信号对应的角度β；
S104，将同时获得的β与M0相减得到角度偏移量θ；
S105，在电机惯性运行的周期内，重复步骤S102～S104，对得到的所有角度偏移量θ求平均，将θ的平均值存入存储单元以作为标定结果。
作为发明的进一步优选技术方案，所述预设速度不低于电机额定速度的20％。
本发明的电机转子位置全自动标定系统及标定方法，其中，电机转子位置全自动标定系统包括：电机；求差电路，与电机的U、V、W三根相线中的任意两根相线连接，用于采样电机运行在发电状态下与之相连的两根相线上的反电动势并进行作差运算；位置传感器，与电机的转轴同心固定，用于实时检测电机的转轴角度并输出对应的检测信号；以及MCU，通过驱动电路与电机的U、V、W三根相线连接以控制电机运转，还与求差电路和位置传感器分别连接以实时获取作差运算的结果信号及检测信号，并根据作差运算的结果和检测信号进行标定。本发明通过采用上述技术方案，实现了全自动标定，可以在标定过程中脱离人工干预，自动完成了电机转子位置与位置传感器的匹配过程；并将标定结果进行存储，在后续全生命周期无需再次标定，且减少了人工干预，其效率和一致性将大大提高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明电机转子位置全自动标定系统提供的一实例的系统框图；
图2为本发明求差电路的电路图；
图3为本发明电机转子位置全自动标定系统的标定方法的方法流程图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，电机转子位置全自动标定系统包括电机、求差电路、位置传感器、MCU和存储单元；求差电路与电机的U、V、W三根相线中的任意两根相线连接，用于采样电机运行在发电状态下与之相连的两根相线上的反电动势并进行作差运算；位置传感器与电机的转轴同心固定，用于实时检测电机的转轴角度并输出对应的检测信号；MCU通过驱动电路与电机的U、V、W三根相线连接以控制电机运转，还与求差电路和位置传感器分别连接以实时获取作差运算的结果信号及检测信号，并根据作差运算的结果和检测信号进行标定；存储单元与MCU连接，用于存储标定的结果数据。
具体实施中，所述位置传感器具有与电机的转轴同心设置的感应磁铁，感应磁铁为径向充磁的磁铁，感应磁铁的极对数至少为一对，位置传感器将感应磁铁的磁场角度作为检测信号输出给MCU。具体地，位置传感器安装于电机的转轴上的轴端部位或环绕转轴套接，保证同轴同心即可。位置传感器在电机转轴上为人工随机安装，感应磁铁的磁场角度与电机转子磁场角度没有相关性。
具体实施中，所述驱动电路的输出侧还设有逆变系统，MCU通过驱动电路后再经逆变系统与电机的U、V、W三根相线连接。
在一实施例中，在电机的U、V、W三根相线中取W和U相与求差电路连接，其电路图参阅图2所示，W端和U端为求差电路的输入端，SA端为求差电路的输出端，W端和U端分别与电机的W相和U相连接，两者的反电动势通过比较器进行作差运算，运输结果由SA端输出给MCU。
如图3所示，本发明还提供一种电机转子位置全自动标定系统的标定方法，其包括以下步骤：
S101，启动并控制电机加速到预设速度后，控制驱动电路关闭输出，电机在惯性推动下继续在发电状态运行；
S102，实时获取通过求差电路作差运算得到的结果，对连续的作差结果进行比较，找出作差结果的最大值或最小值并记作M0，定义M0为电机的零位；
S103，实时获取位置传感器采样得到的检测信号，记录在找到M0瞬间时的检测信号对应的角度β；
S104，将同时获得的β与M0相减得到角度偏移量θ；
S105，在电机惯性运行的周期内，重复步骤S102～S104，对得到的所有角度偏移量θ求平均，将θ的平均值存入存储单元以作为标定结果。
在步骤S101中，所述预设速度不低于电机额定速度的20％，其具体数值可根据设计需求具体设定，在此对其不做详细例举。当电机启动后，加速达到预设速度，MCU通过驱动电路断开与电机的电压输出，则电机在惯性下维持运转，直至停止，此时的电机运行在发电状态。
本实施例提出的一种新型的电机转子位置标定系统及标定方法，依托电机控制系统中现有的控制器(MCU)进行全自动标定，可以在标定过程中脱离人工干预，自动完成转子位置与位置传感器的匹配，同时将标定结果写入存储单元，在后续全生命周期无需再次标定；生产过程中，位置传感器在电机转轴上为人工随机安装，感应磁铁的磁场角度与电机转子磁场角度无需关联，后续通过自动完成标定，减少人工干预，其效率和一致性将大大提高。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种电机转子位置全自动标定系统的标定方法，其特征在于，电机转子位置全自动标定系统包括：
电机；
求差电路，与电机的U、V、W三根相线中的任意两根相线连接，用于采样电机运行在发电状态下与之相连的两根相线上的反电动势并进行作差运算；
位置传感器，与电机的转轴同心固定，用于实时检测电机的转轴角度并输出对应的检测信号；以及
MCU，通过驱动电路与电机的U、V、W三根相线连接以控制电机运转，还与求差电路和位置传感器分别连接以实时获取作差运算的结果信号及检测信号，并根据作差运算的结果和检测信号进行标定；
其中，标定方法包括以下步骤：
S101，启动并控制电机加速到预设速度后，控制驱动电路关闭输出，电机在惯性推动下继续在发电状态运行；
S102，实时获取通过求差电路作差运算得到的结果，对连续的作差结果进行比较，找出作差结果的最大值或最小值并记作M0，定义M0为电机的零位；
S103，实时获取位置传感器采样得到的检测信号，记录在找到M0瞬间时的检测信号对应的角度β；
S104，将同时获得的β与M0相减得到角度偏移量θ；
S105，在电机惯性运行的周期内，重复步骤S102～S104，对得到的所有角度偏移量θ求平均，将θ的平均值存入存储单元以作为标定结果。
2.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述位置传感器具有与电机的转轴同心设置的感应磁铁，感应磁铁为径向充磁的磁铁，感应磁铁的极对数至少为一对，位置传感器将感应磁铁的磁场角度作为检测信号输出给MCU。
3.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述驱动电路的输出侧还设有逆变系统，MCU通过驱动电路后再经逆变系统与电机的U、V、W三根相线连接。
4.根据权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述MCU还连接有存储单元，存储单元用于存储标定的结果数据。
5.根据权利要求4所述的标定方法，其特征在于，所述预设速度不低于电机额定速度的20％。
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