CN113054882A - 一种pmsm的磁编码器初始角度识别及矫正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法，包括以下步骤：首先通过磁定位方法，对定子绕组注入直流电流，将三相坐标系的A轴、两相静止坐标系的α轴和两相旋转坐标系的d轴进行三轴重合；使用IF控制，给定电角度先由0°到缓慢变化至90°，再由90°到缓慢变化至0°，此过程会对磁定位结束时的磁极位置进行校正，使得磁极基本处于三轴重合位置；当转子稳定后，记录磁编码器反馈的绝对位置；通过计算得到对应的电角度；对电角度进行实时补偿；通过计算得到最终的电角度。本发明提高了初始角度识别的准确性和鲁棒性，广泛的适用其他可提供绝对位置的磁编码器、旋转变压器、电感式编码器等。

Description

一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法
技术领域
本发明属于PMSM的编码器初始角度识别领域，具体涉及一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、调速性能好的优点，因此在工业控制、汽车工业等领域得到了日益广泛的应用。永磁同步电机调速系统通常采取在电机上安装编码器来提供转子的位置信息，得以实现系统的闭环控制。
常用的编码器有光电编码器、旋转变压器、磁编码器。光电编码器处理电路简单、分辨率高，但不耐高温和机械冲击，且无法直接给出绝对位置；旋转变压器分辨率高、可直接给出绝对位置，但处理电路复杂且需要解码芯片，成本较高；磁编码器具有处理电路简单、分辨率高、可直接给出绝对位置、成本低等优点，使得其应用越来越广泛。本发明选用的磁编码器为奥地利微电子公司生产的AS5047D，该款磁编码器可以提供分辨率最高为512线的正交编码ABZ信号，同时可以实时输出分辨率为4096的绝对位置PWM信号。
磁编码器初始安装角度常采用磁定位的方法获取，就是在电机空载状态下，通过对定子绕组注入直流电流，将三相坐标系的A轴、两相静止坐标系的α轴和两相旋转坐标系的d轴进行三轴重合，然后读取磁编码器反馈的绝对位置信息，通过计算得到对应的电角度，并固化在存储芯片中。该方法得到的安装角度，常受到注入的直流电流大小影响，极易出现偏差，稳定性较差。且当初始磁极方向与A轴夹角为180度时，容易出现磁极无法旋转至三轴重合位置的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法，包括以下步骤：
a)首先通过磁定位方法，对定子绕组注入直流电流，将三相坐标系的A轴、两相静止坐标系的α轴和两相旋转坐标系的d轴进行三轴重合；
b)为了防止出现磁极未准确旋转至三轴重合位置的情况，使用IF控制，给定电角度先由0°到缓慢变化至90°，再由90°到缓慢变化至0°，此过程会对磁定位结束时的磁极位置进行校正，使得磁极基本处于三轴重合位置；
c)当转子稳定后，记录磁编码器反馈的绝对位置；
d)通过计算得到对应的电角度；
e)运用FOC算法分别将电机正、反转至1/3的额定转速，通过PI调节Ud＝0，对电角度进行实时补偿；
f)通过计算得到最终的电角度。
本发明的技术效果和优点：
提高了初始角度识别的准确性和鲁棒性，本发明方法除了适用于磁编码器AS5047D之外，还广泛的适用其他可提供绝对位置的磁编码器、旋转变压器、电感式编码器等。
附图说明
图1为本发明提出的一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法流程图；
图2为IF控制的框图；
图3为IF控制中给定电角度和转子实际电角度的相位关系；
图4为AS5047D的PWM信号解析图；
图5为获取正反向补偿角的控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图1-图5和具体实施方式对本发明一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法的实现过程和原理进行说明：
(1)PMSM空载状态下，通过传统磁定位方法，给定子施加一个id＝0.3in、iq＝0、θ＝0°的电流矢量is1，并维持一段时间，电流矢量会产生一个固定的磁场，该固定磁场与转子磁场相互作用，使得转子旋转到三相坐标系的A轴、两相静止坐标系的α轴和两相旋转坐标系的d轴三轴重合的位置，其中in为电机额定电流，θ为两相静止坐标系与两相旋转坐标系的夹角；
(2)使用IF控制，施加一个作用于d轴上的电流is2，给定电角度由0°缓慢变化至90°，再由90°到缓慢变化至0°，参考图3，可得此过程中电机电磁转矩为:
Figure BDA0002971789160000031
其中Te为电磁转矩，np表示电机极对数，ψf表示永磁体磁链，θerr为虚拟dm轴与实际d轴的夹角；
基于PMSM的IF控制具有“转矩-转矩角自平衡”特性，在整个IF控制中，转子同步坐标系始终跟随虚拟同步坐标系旋转，其在稳态时处于重合状态，若步骤(1)中，由于施加电流偏小或者转子初始位置因素，导致磁定位结束时，转子未处于三轴重合位置，则可在此步骤进行校正，使得在本阶段结束时，转子处于三轴重合位置；
(3)转子稳定后，通过AS5047D的PWM信号获取电机角度，参考图4，可以看出一个完整的PWM信号，由12个时钟的初始化信号、4个时钟的故障检测信号、最大4095个时钟的角度信号和8个时钟的低电平信号组成，其中角度信号的0～4095对应机械角度的0°～360°。
利用DSP的CAP模块可以准确的测出PWM信号的高低电平时间ton和toff，则可得磁编码器安装电角度计算过程如下：
Figure BDA0002971789160000041
Figure BDA0002971789160000042
其中d为角度信号的时钟个数，np表示电机极对数：
(4)PMSM在理想空载状态下，稳定运行于较低速度时，若电角度无偏差，则此时Ud≈0，利用此结论，将步骤(3)中得到的电角度θ1作为初始角，使用FOC算法控制电机正转至1/3额定转速，转速稳定后，通过PI调节器，控制Ud稳定的落在0附近，即得到正向补偿角θcomp+；
(5)虽然整个环节PMSM处于空载状态，但电机旋转时仍存在摩擦等阻力因素，为了消除阻力因素引入的角度偏差，可通过获得两个旋转方向的补偿角来消除，将步骤(3)中得到的电角度θ1作为初始角，使用FOC算法控制电机反转至1/3额定转速，转速稳定后，通过PI调节器，控制Ud稳定的落在0附近，即得到反向补偿角θcomp-；
(6)图为步骤(4)、(5)获取正反向补偿角的控制框图，其中θcurr为电机的实时电角度，使用步骤(3)、(4)、(5)得到的结果，计算得到最终的电角度：
θF＝θ1+(θcomp++θcomp-)/2。
本发明公开的一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法，提高了初始角度识别的准确性和鲁棒性。本发明方法除了适用于磁编码器AS5047D之外，还广泛的适用其他可提供绝对位置的磁编码器、旋转变压器、电感式编码器等。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种PMSM的磁编码器初始角度识别及矫正方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)首先通过磁定位方法，对定子绕组注入直流电流，将三相坐标系的A轴、两相静止坐标系的α轴和两相旋转坐标系的d轴进行三轴重合；
b)为了防止出现磁极未准确旋转至三轴重合位置的情况，使用IF控制，给定电角度先由0°到缓慢变化至90°，再由90°到缓慢变化至0°，此过程会对磁定位结束时的磁极位置进行校正，使得磁极基本处于三轴重合位置；
c)当转子稳定后，记录磁编码器反馈的绝对位置；
d)通过计算得到对应的电角度；
e)运用FOC算法分别将电机正、反转至1/3的额定转速，通过PI调节Ud＝0，对电角度进行实时补偿；
f)通过计算得到最终的电角度。
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