CN116455287A - 一种用于电机转子的角度的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机控制技术领域，公开了一种用于电机转子的角度的计算方法，包括以下步骤：S1.基于位置传感器来对电机转子的角度进行检测，所述位置传感器包括编码器和旋转变压器；S2.通过旋转变压器将电机转子的角度转换为旋转信号；S3.通过解码芯片将旋转信号转换为数字信号，从而获得电机转子的角度；S4.通过分析软件来对获得的电机转子的角度进行校准，获得精准的电机转子的角度。本发明操作简单，精准度高，可以有效对电机转子位置角度信息进行采集并对其误差进行校准，因此可以有效提高可靠性和稳定性，满足使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种用于电机转子的角度的计算方法。
背景技术
目前，市场上电机反电势波形部分并非传统的梯形波，而是正弦波，这个时候如果用传统的方波两两导通的方法控制反电势是正弦波的无刷电机，则达不到理想的控制效果，此时应该使用电机控制算法控制该电机，而电机矢量控制中，需要知道转子角度，主要通过旋转变压器或编码器测得电机的转子角度和转速，从而实现对电机的闭环控制。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：
1、传统技术仅仅是通过旋转变压器或解码电路器来检测转子角度和转速，且没有对检测的结果进行分析校准，故容易存在误差，降低了准确性、可靠性，无法满足使用需求。
发明内容
为解决存在误差，降低了准确性、可靠性，无法满足使用需求的技术问题，本发明提供一种用于电机转子的角度的计算方法。
本发明采用以下技术方案实现：一种用于电机转子的角度的计算方法，包括：
包括以下步骤：
S1.基于位置传感器来对电机转子的角度进行检测，位置传感器包括编码器和旋转变压器；
S2.通过旋转变压器将电机转子的角度转换为旋转信号；
S3.通过解码芯片将旋转信号转换为数字信号，从而获得电机转子的角度；
S4.通过分析软件来对获得的电机转子的角度进行校准，获得精准的电机转子的角度。
作为上述方案的进一步改进，旋转变压器包括三个绕组，三个绕组分别为励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组。
作为上述方案的进一步改进，励磁绕组用作输入绕组，输入绕组用于接收解码芯片输出的频率可调的励磁信号。
作为上述方案的进一步改进，正弦绕组和余弦绕组均用作输出绕组，输出绕组用于输出与电机转子角度关系的正余弦电压信号，用于供解码芯片解码出对应的数字信号。
作为上述方案的进一步改进，励磁和正余弦的电压计算公式如下：
式中：Ur－为励磁电压；
Usin－为正弦电压；
Ucos－为余弦电压；
E－为励磁电压的幅值；
ω－为励磁电压频率；
θ－为转子位置角。
电机正常运行时，旋转变压器根据励磁信号反馈两路正余弦交流信号，经过特定的解码芯片对其进行解码，实现旋转信号/数字信号转换，通过数字量即可表征转子角度0°～360°的变化，为数字信号处理实现提供保证。
作为上述方案的进一步改进，解码芯片是采用AD2S1210芯片对信号进行解码，解码芯片可通过自身集成频率调正弦波发射器，因此具有模数转换功能，解码芯片的输出为二进制数据，可通过串口进行读取，从而实现旋转变压器与DSP之间的数据交换。
AD2S1210芯片为了实现对转子位置角θ的跟踪，其自身会产生一个估算角度φ，算角度φ的反馈值用来与位置角θ进行比较，且解码芯片会对估算角度φ进行不断调整，因此为了表征角度差，需要对上述公式作如下处理：
将上述的两式作差可得如下公式：
e＝Ursinθcosφ-Urcosθsinφ＝Ursin(θ-φ)
其中：当θ与φ接近时，两个角度的差值趋向零，此时sin(θ-φ)≈θ-φ，直至φ＝θ时完成解码。
解码芯片采用12位分辨率，数据记录长度为2000个点，因此旋变采样值在0～4095之间周期性变化。
当旋转变压器在一个周期内的所有采样点均落在同一条直线上时，旋变实际的采样值与理想情况下的采样值的差值即为旋变误差。
当旋转变压器自身存在位置误差时，采样结果会分布在理想直线的两侧，由于位置角度变化的周期性，可以取采样结果的0(对应0°)和4095(对应360°)，两个点为起止参照点，并以此构建理想直线，进而可以得到采样值与理想值波形间的误差分布。
将误差数据导入数据分析软件中，通过软件自带的数学工具对数据进行分析拟合，得到误差分布曲线，表达公式如下：
式中，x为电机转子位置角度采样点；
a、b、c和d分别为拟合曲线系数。
上述公式可作为补偿项对采集到的电机转子位置的角度进行反向补偿，以此抵消采集结果中叠加的误差，进而可以得到误差校准后的电机转子的位置角度。
作为上述方案的进一步改进，AD2S1210芯片具有以下特点：
(1).串行/并行10～16位数据接口；
(2).励磁频率2～20kHz，可编程；
(3).差分输入，抗干扰能力强；
(4).兼容SPI接口标准。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明操作简单，精准度高，可以有效对电机转子位置角度信息进行采集并对其误差进行校准，因此可以有效提高可靠性和稳定性，满足使用需求。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。
请结合图1，本实施例的用于电机转子的角度的计算方法，包括以下步骤：
S1.基于位置传感器来对电机转子的角度进行检测，位置传感器包括编码器和旋转变压器；
S2.通过旋转变压器将电机转子的角度转换为旋转信号；
S3.通过解码芯片将旋转信号转换为数字信号，从而获得电机转子的角度；
S4.通过分析软件来对获得的电机转子的角度进行校准，获得精准的电机转子的角度。
旋转变压器包括三个绕组，三个绕组分别为励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组。
励磁绕组用作输入绕组，输入绕组用于接收解码芯片输出的频率可调的励磁信号。
正弦绕组和余弦绕组均用作输出绕组，输出绕组用于输出与电机转子角度关系的正余弦电压信号，用于供解码芯片解码出对应的数字信号。
励磁和正余弦的电压计算公式如下：
式中：Ur－为励磁电压；
Usin－为正弦电压；
Ucos－为余弦电压；
E－为励磁电压的幅值；
ω－为励磁电压频率；
θ－为转子位置角。
电机正常运行时，旋转变压器根据励磁信号反馈两路正余弦交流信号，经过特定的解码芯片对其进行解码，实现旋转信号/数字信号转换，通过数字量即可表征转子角度0°～360°的变化，为数字信号处理实现提供保证。
解码芯片是采用AD2S1210芯片对信号进行解码，解码芯片可通过自身集成频率调正弦波发射器，因此具有模数转换功能，解码芯片的输出为二进制数据，可通过串口进行读取，从而实现旋转变压器与DSP之间的数据交换。
AD2S1210芯片为了实现对转子位置角θ的跟踪，其自身会产生一个估算角度φ，算角度φ的反馈值用来与位置角θ进行比较，且解码芯片会对估算角度φ进行不断调整，因此为了表征角度差，需要对上述公式作如下处理：
将上述的两式作差可得如下公式：
e＝Ursinθcosφ-Urcosθsinφ＝Ursin(θ-φ)
其中：当θ与φ接近时，两个角度的差值趋向零，此时sin(θ-φ)≈θ-φ，直至φ＝θ时完成解码。
解码芯片采用12位分辨率，数据记录长度为2000个点，因此旋变采样值在0～4095之间周期性变化。
当旋转变压器在一个周期内的所有采样点均落在同一条直线上时，旋变实际的采样值与理想情况下的采样值的差值即为旋变误差。
当旋转变压器自身存在位置误差时，采样结果会分布在理想直线的两侧，由于位置角度变化的周期性，可以取采样结果的0(对应0°)和4095(对应360°)，两个点为起止参照点，并以此构建理想直线，进而可以得到采样值与理想值波形间的误差分布。
将误差数据导入数据分析软件中，通过软件自带的数学工具对数据进行分析拟合，得到误差分布曲线，表达公式如下：
式中，x为电机转子位置角度采样点；
a、b、c和d分别为拟合曲线系数。
上述公式可作为补偿项对采集到的电机转子位置的角度进行反向补偿，以此抵消采集结果中叠加的误差，进而可以得到误差校准后的电机转子的位置角度。
AD2S1210芯片具有以下特点：
(1).串行/并行10～16位数据接口；
(2).励磁频率2～20kHz，可编程；
(3).差分输入，抗干扰能力强；
(4).兼容SPI接口标准。
本发明操作简单，精准度高，可以有效对电机转子位置角度信息进行采集并对其误差进行校准，因此可以有效提高可靠性和稳定性，满足使用需求。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.基于位置传感器来对电机转子的角度进行检测，所述位置传感器包括编码器和旋转变压器；
S2.通过旋转变压器将电机转子的角度转换为旋转信号；
S3.通过解码芯片将旋转信号转换为数字信号，从而获得电机转子的角度；
S4.通过分析软件来对获得的电机转子的角度进行校准，获得精准的电机转子的角度。
2.如权利要求1所述的用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，所述旋转变压器包括三个绕组，三个绕组分别为励磁绕组、正弦绕组和余弦绕组。
3.如权利要求2所述的用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，所述励磁绕组用作输入绕组，所述输入绕组用于接收解码芯片输出的频率可调的励磁信号。
4.如权利要求2所述的用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，所述正弦绕组和余弦绕组均用作输出绕组，所述输出绕组用于输出与电机转子角度关系的正余弦电压信号，用于供解码芯片解码出对应的数字信号。
5.如权利要求4所述的用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，所述励磁和正余弦的电压计算公式如下：
式中：Ur－为励磁电压；
Usin－为正弦电压；
Ucos－为余弦电压；
E－为励磁电压的幅值；
ω－为励磁电压频率；
θ－为转子位置角。
6.如权利要求1所述的用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，所述解码芯片是采用AD2S1210芯片对信号进行解码，所述解码芯片可通过自身集成频率调正弦波发射器，因此具有模数转换功能，所述解码芯片的输出为二进制数据，可通过串口进行读取，从而实现旋转变压器与DSP之间的数据交换。
7.如权利要求6所述的用于电机转子的角度的计算方法，其特征在于，所述AD2S1210芯片具有以下特点：
(1).串行/并行10～16位数据接口；
(2).励磁频率2～20kHz，可编程；
(3).差分输入，抗干扰能力强；
(4).兼容SPI接口标准。
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