CN114172414A - 伺服电机初始电角度确定方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及电机技术领域，提供了一种伺服电机初始电角度确定方法、装置及可读存储介质，该方法包括控制电机转动，并获取电机上电时的霍尔状态；根据霍尔状态对应的两个第一边沿位置确定转子的估计电角度值和编码器的估计电角度；根据编码器的A相或B相检测的脉冲信号的边沿位置对应的电角度校准编码器的估计电角度，从而校准转子的估计电角度值，当编码器的Z相检测到脉冲信号时，确定所述脉冲信号对应的电角度；若所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差在第二阈值范围内，则确定所述转子的估计电角度为伺服电机中转子的初始电角度；本申请能够准确确定伺服电机的初始电角度。

Description

伺服电机初始电角度确定方法、装置及可读存储介质
技术领域
本申请涉及但不限于电机技术领域，尤其涉及一种伺服电机初始电角度确定方法、装置及可读存储介质。
背景技术
在对永磁同步电机进行矢量控制时，一般将转子磁极方向和alpha轴(亦即A相轴)正向重合的位置作为转子零位(转子在此位置时角度为0°)，然后依据FOC控制算法产生一个超前90°的电流来使电机转动。然而在永磁同步电机上电时，转子位置是随机的，而编码器的位置则初始化0，也就是存在电角度偏差。
现有技术中，一般的做法是，对转子产生一个0°的电流，转子在该电流作用下与定子产生的固定磁场相互作用，转子就被吸引到0°的位置固定，然后再将编码器计数值初始为化0，基于FOC控制算法，依靠编码器产生一个超前90°的电流来拖着转子转起来。
问题在于，转子的电角度与实际电角度存在很大的误差，即准确性较低，而如何准确确定伺服电机的初始电角度成为亟待解决的问题。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本申请实施例提供了一种伺服电机初始电角度确定方法、装置及可读存储介质，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
第一方面，本申请实施例提供了一种伺服电机初始电角度确定方法，包括：
步骤S100，获取电机上电时的霍尔状态；
步骤S200，确定所述霍尔状态对应的两个第一边沿位置，将两个所述第一边沿位置对应的电角度取中间值，将所述中间值作为转子的估计电角度值和编码器的估计电角度；其中，所述第一边沿位置为第一脉冲信号的边沿位置，所述第一脉冲信号为霍尔传感器检测的脉冲信号；
步骤S300，控制电机转动，当霍尔传感器检测到第一脉冲信号中的第一边沿位置时，将所述第一边沿位置对应的电角度作为参考电角度；
步骤S400，确定所述转子的估计电角度和所述参考电角度的偏差是否超出第一阈值范围，若是，则执行步骤S500，否则执行步骤S700；
步骤S500，根据编码器的A相或B相检测到的脉冲信号更新编码器的估计电角度，直至所述编码器的估计电角度和所述参考电角度的偏差在第一阈值范围内；
步骤S600，将所述编码器的估计电角度作为所述转子的估计电角度值，并执行步骤S700；
步骤S700，当编码器的Z相检测到脉冲信号时，确定所述脉冲信号对应的电角度；
步骤S800，确定所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差是否在第二阈值范围内；若否，则执行步骤S400；若是，则执行步骤S900；
步骤S900，确定所述转子的估计电角度为伺服电机中转子的初始电角度。
在一些实施例中，所述步骤S800包括：
若确定所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差超出第二阈值范围，则确定所述编码器的Z相检测到脉冲信号的次数是否达到第三阈值；若否，则执行步骤S400；若是，则执行步骤S900。
在一些实施例中，所述第三阈值为伺服电机中转子转动一圈时编码器的Z相检测到脉冲信号的总次数。
在一些实施例中，所述步骤S500包括：
步骤S510，获取第二脉冲信号，将所述第二脉冲信号的边沿位置作为第二边沿位置，确定所述第二边沿位置对应的电角度；其中，所述第二脉冲信号为编码器的A相或B相检测到的脉冲信号；
步骤S520，确定所述第二边沿位置对应的电角度和参考电角度的偏差是否超出第一阈值范围；若是，则继续执行步骤S410；若否，则将所述第二边沿位置对应的电角度更新为编码器的估计电角度。
在一些实施例中，所述方法还包括：
步骤S110，依据FOC控制算法控制电机转动；
步骤S120，将转子在当前位置的电角度作为转子的初始电角度；将所述初始电角度设置为0；
步骤S130，在编码器的Z相相邻两次检测到脉冲信号的时间间隔内，记录每个第一边沿位置对应的电角度，得一个检测周期内每个第一边沿位置对应的转子的电角度；
步骤S140，确定所述编码器的Z相检测到脉冲信号的次数是否达到第三阈值；若否，则执行步骤S120；若是，执行步骤S150；
步骤S150，将多个检测周期对应的第一边沿位置的电角度分别取平均值，得到一个检测周期内每个第一边沿位置对应的转子的理论电角度。
第二方面，本申请实施例还提供了一种伺服电机初始电角度确定装置，所述伺服电机初始电角度确定装置包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的伺服电机初始电角度确定方法。
第三方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面所述的伺服电机初始电角度确定方法。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是本申请一个实施例提供的伺服电机初始电角度确定方法的流程图；
图2是本申请一个实施例提供的霍尔传感器和编码器的位置示意图；
图3是本申请一个实施例提供的电角度的对应示意图；
图4是本申请一个实施例提供的伺服电机初始电角度确定装置的结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书、权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。
参考图1至图3，如图1所示，图1是本申请一个实施例提供的一种伺服电机初始电角度确定方法的流程图，在该方法中，包括但不限于有以下步骤：
步骤S100，获取电机上电时的霍尔状态；
步骤S200，确定所述霍尔状态对应的两个第一边沿位置，将两个所述第一边沿位置对应的电角度取中间值，将所述中间值作为转子的估计电角度值和编码器的估计电角度；其中，所述第一边沿位置为第一脉冲信号的边沿位置，所述第一脉冲信号为霍尔传感器检测的脉冲信号；
步骤S300，控制电机转动，当霍尔传感器检测到第一脉冲信号中的第一边沿位置时，将所述第一边沿位置对应的电角度作为参考电角度；
步骤S400，确定所述转子的估计电角度和所述参考电角度的偏差是否超出第一阈值范围，若是，则执行步骤S500，否则执行步骤S700；
步骤S500，根据编码器的A相或B相检测到的脉冲信号更新编码器的估计电角度，直至所述编码器的估计电角度和所述参考电角度的偏差在第一阈值范围内；
步骤S600，将所述编码器的估计电角度作为所述转子的估计电角度值，并执行步骤S700；
步骤S700，当编码器的Z相检测到脉冲信号时，确定所述脉冲信号对应的电角度；
步骤S800，确定所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差是否在第二阈值范围内；若否，则执行步骤S400；若是，则执行步骤S900；
步骤S900，确定所述转子的估计电角度为伺服电机中转子的初始电角度。
其中，所述伺服电机中转子的初始电角度即为对转子的电角度进行校准后的电角度值。
需要说明的是，本申请提供的实施例中，伺服电机设置有三个霍尔传感器，每个霍尔传感器的霍尔状态在1或0之间跳变，从而三个霍尔传感器组成了8种霍尔状态，而由于三个霍尔传感器中，每个霍尔传感器均在一个电周期内导通180°，关断180°，且每两个霍尔传感器错开120°导通，因此，360°电角度只有六个霍尔状态(即，100,101,001,011,010,110)；在电机转动过程中，只有霍尔传感器检测到第一脉冲信号的边沿位置(第一边沿位置)时能读取转子磁场电角度(即，电角度)，其它位置处的电角度只能通过估算得到。
本申请提供的实施例中，依据FOC控制算法控制电机转动，由于霍尔传感器随着电机的转动，在一个电周期会产生的检测信号具有6个第一边沿位置，也就将360°平均分成6分，上电时根据霍尔传感器的霍尔状态就知道转子的电角度区间，转子的估计电角度和参考电角度的偏差在±30°内。当电机依据FOC控制算法产生一个超前60°-120°的电流时，转子就朝设定方向转动，当到达霍尔传感器的边沿信号(第一边沿位置)时，实时校准编码器初始的估计电角度，此后编码器的电角度(编码器的估计电角度)偏差就低于了第一阈值，接着，根据编码器的Z相检测到脉冲信号对转子的估计电角度继续校准，使得转子的估计电角度偏差低于第二阈值，从而进一步提高到了转子的估计电角度的准确度，转子的电角度更加接近实际电角度，得到的转子的初始电角度更加精准，可以理解，第二阈值范围比第一阈值范围更小。
需要说明的是，本实施例中的编码器采用增量式编码器，编码器输出信号有ABZ三相，均输出脉冲信号，其中，对于一个伺服电机来说，伺服电机中转子转动一圈，Z相总共检测到的脉冲数是固定值N，当Z相累计检测到的脉冲数为n时，转子转动n*360/N电角度，n＝1,2，...,N。Z相在一个检测周期内输出一次脉冲信号，而一个检测周期共包含多个PWM控制周期；AB两相相差90°，可根据A相的脉冲信号超前于B相的脉冲信号还是滞后于B相的脉冲信号来确定转子的旋转方向。
另外，在一实施例中，图1所示实施例中的步骤S800还包括但不限于有以下步骤：
若确定所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差超出第二阈值范围，则确定所述编码器的Z相检测到脉冲信号的次数是否达到第三阈值；若否，则执行步骤S400；若是，则执行步骤S900。
另外，在一实施例中，所述第三阈值为伺服电机中转子转动一圈时编码器的Z相检测到脉冲信号的总次数。即，所述第三阈值为N。
另外，在一实施例中，所述步骤S500包括但不限于有以下步骤：
步骤S510，获取第二脉冲信号，将所述第二脉冲信号的边沿位置作为第二边沿位置，确定所述第二边沿位置对应的电角度；其中，所述第二脉冲信号为编码器的A相或B相检测到的脉冲信号；
步骤S520，确定所述第二边沿位置对应的电角度和参考电角度的偏差是否超出第一阈值范围；若是，则继续执行步骤S410；若否，则将所述第二边沿位置对应的电角度更新为编码器的估计电角度。
需要说明的是，编码器的A相或B相不断检测到脉冲信号，即，在不同的PWM控制周期内，第二脉冲信号会不断更新，通过不断更新的第二脉冲信号不断确定第二边沿位置，在连续多个PWM控制周期下，第二边沿位置对应的电角度不断改变，通过不断计算所述第二边沿位置对应的电角度和参考电角度的偏差，当偏差在第一阈值范围内时，则将所述第二边沿位置对应的电角度更新为编码器的估计电角度；由于相比检测周期的持续时间，一个PWM控制周期的持续时间极短，从而能够快速的将所述编码器的估计电角度更新到和所述参考电角度接近的范围(第一阈值范围)，得到较为准确的估计电角度，可以理解，第一阈值范围可根据实际工程需要自定义。
另外，在一实施例中，所述方法还包括：
步骤S110，依据FOC控制算法控制电机转动；
步骤S120，将转子在当前位置的电角度作为转子的初始电角度；将所述初始电角度设置为0；
步骤S130，在编码器的Z相相邻两次检测到脉冲信号的时间间隔内，记录每个第一边沿位置对应的电角度，得一个检测周期内每个第一边沿位置对应的转子的电角度；
步骤S140，确定所述编码器的Z相检测到脉冲信号的次数是否达到第三阈值；若否，则执行步骤S120；若是，执行步骤S150；
步骤S150，将多个检测周期对应的第一边沿位置的电角度分别取平均值，得到一个检测周期内每个第一边沿位置对应的转子的理论电角度。
本申请提供的实施例中，通过在电机转动一个电周期内霍尔传感器产生的检测信号的6个第一边沿位置，以及编码器Z相的脉冲信号，建立霍尔传感器与转子电角度、编码器与转子电角度的对应关系。电机处于自由空载状态下，控制转子产生一个0°-360°的电流，并控制电流在每个第一边沿位置和第二边沿位置保持一段时间，通过让电机缓慢转动，能够准确记录对应的电角度，为正常运行时提供电角度的校准值。
另外，参照图4，本申请的一个实施例还提供了一种伺服电机初始电角度确定装置，该系统包括：存储器11、处理器12及存储在存储器11上并可在处理器12上运行的计算机程序。
处理器12和存储器11可以通过总线或者其他方式连接。
实现上述实施例的伺服电机初始电角度确定方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器11中，当被处理器12执行时，执行上述实施例中的伺服电机初始电角度确定方法。
此外，本申请的一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个处理器或控制器执行，例如，被上述电子设备实施例中的一个处理器执行，可使得上述处理器执行上述实施例中的伺服电机初始电角度确定方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种伺服电机初始电角度确定方法，其特征在于，包括：
步骤S100，获取电机上电时的霍尔状态；
步骤S200，确定所述霍尔状态对应的两个第一边沿位置，将两个所述第一边沿位置对应的电角度取中间值，将所述中间值作为转子的估计电角度值和编码器的估计电角度；其中，所述第一边沿位置为第一脉冲信号的边沿位置，所述第一脉冲信号为霍尔传感器检测的脉冲信号；
步骤S300，控制电机转动，当霍尔传感器检测到第一脉冲信号中的第一边沿位置时，将所述第一边沿位置对应的电角度作为参考电角度；
步骤S400，确定所述转子的估计电角度和所述参考电角度的偏差是否超出第一阈值范围，若是，则执行步骤S500，否则执行步骤S700；
步骤S500，根据编码器的A相或B相检测到的脉冲信号更新编码器的估计电角度，直至所述编码器的估计电角度和所述参考电角度的偏差在第一阈值范围内；
步骤S600，将所述编码器的估计电角度作为所述转子的估计电角度值，并执行步骤S700；
步骤S700，当编码器的Z相检测到脉冲信号时，确定所述脉冲信号对应的电角度；
步骤S800，确定所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差是否在第二阈值范围内；若否，则执行步骤S400；若是，则执行步骤S900；
步骤S900，确定所述转子的估计电角度为伺服电机中转子的初始电角度。
2.根据权利要求1所述的伺服电机初始电角度确定方法，其特征在于，所述步骤S800包括：
若确定所述转子的估计电角度和所述脉冲信号对应的电角度的偏差超出第二阈值范围，则确定所述编码器的Z相检测到脉冲信号的次数是否达到第三阈值；若否，则执行步骤S400；若是，则执行步骤S900。
3.根据权利要求2所述的伺服电机初始电角度确定方法，其特征在于，所述第三阈值为伺服电机中转子转动一圈时编码器的Z相检测到脉冲信号的总次数。
4.根据权利要求1所述的伺服电机初始电角度确定方法，其特征在于，所述步骤S500包括：
步骤S510，获取第二脉冲信号，将所述第二脉冲信号的边沿位置作为第二边沿位置，确定所述第二边沿位置对应的电角度；其中，所述第二脉冲信号为编码器的A相或B相检测到的脉冲信号；
步骤S520，确定所述第二边沿位置对应的电角度和参考电角度的偏差是否超出第一阈值范围；若是，则继续执行步骤S410；若否，则将所述第二边沿位置对应的电角度更新为编码器的估计电角度。
5.根据权利要求1所述的伺服电机初始电角度确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤S110，依据FOC控制算法控制电机转动；
步骤S120，将转子在当前位置的电角度作为转子的初始电角度；将所述初始电角度设置为0；
步骤S130，在编码器的Z相相邻两次检测到脉冲信号的时间间隔内，记录每个第一边沿位置对应的电角度，得一个检测周期内每个第一边沿位置对应的转子的电角度；
步骤S140，确定所述编码器的Z相检测到脉冲信号的次数是否达到第三阈值；若否，则执行步骤S120；若是，执行步骤S150；
步骤S150，将多个检测周期对应的第一边沿位置的电角度分别取平均值，得到一个检测周期内每个第一边沿位置对应的转子的理论电角度。
6.一种伺服电机初始电角度确定装置，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5中任意一项所述的伺服电机初始电角度确定方法。
7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至5中任意一项所述的伺服电机初始电角度确定方法。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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