CN115963865A - 一种电机磁极位置校准的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机磁极位置校准的系统及方法，系统包括：电机、PWM输出单元、转子位置传感器、运算单元、位置检测单元和存储单元；其中，所述运算单元分别与所述存储单元、所述位置监测单元、所述电机和所述PWM输出单元连接；所述电机的A相、B相和C相均与所述PWM输出单元连接；所述位置检测单元与所述转子位置传感器连接。本发明通过控制系统识别电机的转子磁极位置和位置传感器检测的转子机械位置之间的偏差，自动进行校准，免去了直流永磁同步电机系统组装过程中对转子磁极、位置感应部件和传感器芯片位置进行准确对准的操作，使得直流永磁同步电机在系统装配方案上更加灵活方便，适用更多的应用场景。

Description

一种电机磁极位置校准的系统及方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种电机磁极位置校准的系统及方法。

背景技术

直流永磁同步电机的驱动控制系统中，控制器需要根据电机转子的位置进行同步换向，转子的位置的正确检测是关系到电机正常驱动和力矩输出。在现有应用中，通常在电机转子上安装有位置感应部件，并通过传感器芯片转换为电信号输出给电机控制器。但是要正确输出电子转子的位置信号，需要将转子磁极、位置感应部件和传感器芯片位置进行准确对准，组装过程复杂繁琐，应用不灵活。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电机磁极位置校准的系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明一方面提供了一种电机磁极位置校准的系统，包括：

电机、PWM输出单元、转子位置传感器、运算单元、位置检测单元和存储单元；

其中，所述运算单元分别与所述存储单元、所述位置监测单元、所述电机和所述PWM输出单元连接；所述电机的A相、B相和C相均与所述PWM输出单元连接；所述位置检测单元与所述转子位置传感器连接。

优选地，所述电机为三相直流永磁同步电机。

优选地，所述PWM输出单元包括6个驱动MOS管和预驱电路。

优选地，所述转子位置传感器设置在所述电机的转子上。

优选地，所述运算单元为内置有控制软件的微控制器。

本发明另一方面还提供了一种电机磁极位置校准的方法，应用于上述系统，所述方法包括：

通过特定驱动控制在电机三相线圈中注入电流，以建立与所述电机的A相线圈对齐的磁场；

获取当前状态下转子位置传感器输出的电机转子位置信号，并将所述电机转子位置信号作为机械零位；

将所述机械零位作为偏移量，并根据公式Pm＝Ps–POS_Z计算电机转子磁极位置信号；其中，Pm为校准后的转子磁极位置，Ps为转子位置传感器输出的机械位置，POS_Z为所述机械零位。

优选地，所述通过特定驱动控制在电机三相线圈中注入电流，以建立与所述电机的A相线圈对齐的磁场，包括：

在所述A相输入占空比为Tn的PWM脉冲电压，在所述电机的B相和C相分别输入占空比为Ts的PWM脉冲电压；其中，占空比Tn与Ts不同。

优选地，所述PWM脉冲电压为所述A相、所述B相和所述C相形成中心对齐的脉冲波形。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种电机磁极位置校准的系统及方法，系统包括：电机、PWM输出单元、转子位置传感器、运算单元、位置检测单元和存储单元；其中，所述运算单元分别与所述存储单元、所述位置监测单元、所述电机和所述PWM输出单元连接；所述电机的A相、B相和C相均与所述PWM输出单元连接；所述位置检测单元与所述转子位置传感器连接。本发明通过控制系统识别电机的转子磁极位置和位置传感器检测的转子机械位置之间的偏差，自动进行校准，免去了直流永磁同步电机系统组装过程中对转子磁极、位置感应部件和传感器芯片位置进行准确对准的操作，使得直流永磁同步电机在系统装配方案上更加灵活方便，适用更多的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的系统结构连接图。

图2为本发明实施例提供的PWM波形示意图；

图3为本发明实施例提供的线圈电流示意图；

图4为本发明实施例提供的线圈磁场示意图；

图5为本发明实施例提供的控制流程示意图。

附图标记说明：

1-电机，2-PWM输出单元，3-转子位置传感器，4-运算单元，5-位置检测单元，6-存储单元。

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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。

本发明的目的是提供一种电机磁极位置校准的系统，通过电机控制器自动进行校准学习，实现电机控制器和电机、转子位置传感器的自动适配，取消装配过程中电机转子磁极和位置传感器的对准操作。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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为本发明实施例提供的系统结构连接图，如图1所示，本发明的第一方面提供了一种电机磁极位置校准的控制系统，包括位置检测单元、运算单元、PWM输出单元和存储单元。

所述的位置检测单元，是将转子位置传感器的信号处理为运算单元可识别的数字信号。

所述的PWM输出单元，是输出PWM驱动电压给电机三相。

所述的存储单元，是可以存储记录电机机械零位POS_Z的数据，并可以提供给运算单元计算使用。

所述的运算单元，是可以输出电机三相的PWM控制信号给PWM输出单元，实现特定驱动控制。

其中电机是一种三相直流永磁同步电机；PWM输出单元是三组半桥驱动电路，包括6个驱动MOSFET和预驱电路，可以输出三相PWM的电压波形到电机的三相端口。

转子位置传感器是由固定在电机转子上的位置感应部件，跟随电机转子一起转动，通过位置检测单元检测感应部件的转动位置，并通过电信号的方式传输给运算单元。

存储单元可以存储运算单元获得的转子位置数据。

运算单元是运行有控制软件的微控制器，控制PWM输出单元的三相半桥的开关，实现电机磁极位置校准的控制过程。

本发明另一方面还提供了一种电机磁极位置校准的方法，应用于上述系统，所述方法包括：

通过特定驱动控制在电机三相线圈中注入电流，以建立与所述电机的A相线圈对齐的磁场；

获取当前状态下转子位置传感器输出的电机转子位置信号，并将所述电机转子位置信号作为机械零位；

将所述机械零位作为偏移量，并根据公式Pm＝Ps–POS_Z计算电机转子磁极位置信号；其中，Pm为校准后的转子磁极位置，Ps为转子位置传感器输出的机械位置，POS_Z为所述机械零位。

本实施例的控制过程如下：

本实施例用于识别电机的转子磁极位置和位置传感器检测的转子机械位置之间的偏差，所述流程包括：

步骤1，通过特定驱动控制在电机三相线圈中注入电流建立与A相线圈对齐的磁场；

步骤2，获取当前状态下位置传感器输出的电机转子位置信号，作为机械零位POS_Z；

步骤3，归零校准，根据公式1，将物理零位值POS_Z作为偏移量，计算电机转子磁极位置信号Pm。

Pm＝Ps–Pd (公式1)

Pm是电机转子磁极位置，Ps是转子位置传感器输出的机械位置，Pd是转子机械位置和磁极位置的偏差。

校准后的转子磁极位置Pm＝Ps–POS_Z(公式2)。

可选地，本实施例中的特定驱动控制，是指在A相输入占空比为Tn的PWM脉冲电压，在B相和C相分别输入占空比为Ts的PWM脉冲电压，占空比Tn不等于Ts。

所述的PWM脉冲电压是指A相、B相和C相形成中心对齐的脉冲波形，如图2所示，其中Tn可以大于Ts，也可以小于Ts。

在上述脉冲电压的驱动下，电机三相线圈会产生如图3和图4所示的电流，其中B相线圈和C相线圈的电流相等，Ib等于Ic；从而在电机定子绕组上产生如图3和图4所示的磁场，磁场的轴线d与A相线圈的轴a对齐；根据磁极间的作用原来：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引，在没有外部负载的情况下转子的磁极将转动到与A轴对齐的位置，达到对齐状态。

所述的当前状态，是指在保持上述线圈驱动电流的情况下，等转子旋转至上述对齐状态。

本实施例的具体控制流程如图5所示，包括：

流程001：开启特定驱动控制，设定A、B、C三相PWM输出的占空比分别为60％、50％、50％；

流程002：读取位置检测单元5的转子机械位置信号Ps；

流程003：根据机械位置信号Ps的变化计算转子转动速度；

流程004：根据转动速度识别电机转子是否处于对齐状态，当转子速度为0时，转子的磁极位置处于对齐状态。当转子转动速度不为0时，延时一定时间后重复步骤002～004，直至转速为0。

流程005：重新读取位置检测单元5的转子机械位置信号Ps；

流程006：将新的机械位置信号Ps记录为POS_Z,存储至存储单元6；

流程007：关闭三相PWM电压，取消特定驱动控制。

流程008：计算转子磁极位置，根据公式2对机械位置信号Ps进行归零校准，计算得到准确的磁极位置。

本发明的有益效果如下：

本发明通过控制系统识别电机的转子磁极位置和位置传感器检测的转子机械位置之间的偏差，自动进行校准，免去了直流永磁同步电机系统组装过程中对转子磁极、位置感应部件和传感器芯片位置进行准确对准的操作，使得直流永磁同步电机在系统装配方案上更加灵活方便，适用更多的应用场景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种电机磁极位置校准的系统，其特征在于，包括：

电机、PWM输出单元、转子位置传感器、运算单元、位置检测单元和存储单元；

其中，所述运算单元分别与所述存储单元、所述位置监测单元、所述电机和所述PWM输出单元连接；所述电机的A相、B相和C相均与所述PWM输出单元连接；所述位置检测单元与所述转子位置传感器连接。

2.根据权利要求1所述的电机磁极位置校准的系统，其特征在于，所述电机为三相直流永磁同步电机。

3.根据权利要求1所述的电机磁极位置校准的系统，其特征在于，所述PWM输出单元包括6个驱动MOS管和预驱电路。

4.根据权利要求1所述的电机磁极位置校准的系统，其特征在于，所述转子位置传感器设置在所述电机的转子上。

5.根据权利要求1所述的电机磁极位置校准的系统，其特征在于，所述运算单元为内置有控制软件的微控制器。

6.一种电机磁极位置校准的方法，其特征在于，应用于权利要求1至5中任一项所述的系统，所述方法包括：

通过特定驱动控制在电机三相线圈中注入电流，以建立与所述电机的A相线圈对齐的磁场；

获取当前状态下转子位置传感器输出的电机转子位置信号，并将所述电机转子位置信号作为机械零位；

将所述机械零位作为偏移量，并根据公式Pm＝Ps–POS_Z计算电机转子磁极位置信号；其中，Pm为校准后的转子磁极位置，Ps为转子位置传感器输出的机械位置，POS_Z为所述机械零位。

7.根据权利要求6所述的电机磁极位置校准的方法，其特征在于，所述通过特定驱动控制在电机三相线圈中注入电流，以建立与所述电机的A相线圈对齐的磁场，包括：

在所述A相输入占空比为Tn的PWM脉冲电压，在所述电机的B相和C相分别输入占空比为Ts的PWM脉冲电压；其中，占空比Tn与Ts不同。

8.根据权利要求7所述的电机磁极位置校准的方法，其特征在于，所述PWM脉冲电压为所述A相、所述B相和所述C相形成中心对齐的脉冲波形。

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