PL215896B1

PL215896B1 - Method of calibration of the absolute position sensor for the rotor, preferably for the motor with magnetoelectric excitation

Info

Publication number: PL215896B1
Application number: PL387129A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Biskup; Aleksander Bodora; Arkadiusz Domoracki
Original assignee: Politechnika Slaska Im Wincent
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2014-02-28
Also published as: PL387129A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób kalibracji absolutnego czujnika położenia wirnika zwłaszcza dla silnika o wzbudzeniu magnetoelektrycznym.The subject of the invention is a method of calibrating an absolute rotor position sensor, especially for a motor with magnetoelectric excitation.

W przypadku układów sterowania silników wzbudzanych magnesami trwałymi (w tym sterowania wektorowego), fundamentalne znaczenie ma znajomość bezwzględnej wartości kąta położenia wirnika. Wykorzystuje się ją np. w układzie sterowania wektorowego do transformowania mierzonych prądów stojana z układu współrzędnych nieruchomych do układu współrzędnych związanego z wirnikiem (i odwrotnie).In the case of control systems of motors excited by permanent magnets (including vector control), it is of fundamental importance to know the absolute value of the rotor position angle. It is used e.g. in a vector control system to transform the measured stator currents from a stationary coordinate system to a coordinate system associated with the rotor (and vice versa).

W rozwiązaniach praktycznych kąt położenia wirnika wyznaczany jest za pomocą enkoderów absolutnych, inkrementalnych lub resolwerów. Istotne jest przy tym, aby zerowa wartość kąta odczytana z przetwornika położenia wirnika, odpowiadała tzw. zerowemu położeniu wału silnika, przy którym oś d układu współrzędnych dq pokrywa się z osią uzwojenia fazy a stojana.In practical solutions, the rotor position angle is determined with the use of absolute and incremental encoders or resolvers. It is important that the zero value of the angle read from the encoder of the rotor position corresponds to the so-called the zero position of the motor shaft, at which the d axis of the dq coordinate system coincides with the axis of the stator phase a winding.

Czujnik położenia wirnika oraz silnik są zazwyczaj wykonywane jako odrębne urządzenia. W trakcie sprzęgania mechanicznego silnika z czujnikiem, poprawne zorientowanie sygnału z czujnika względem uzwojeń silnika jest bardzo trudne i praktycznie niemożliwe do realizacji. Kalibrację, czyli ustalenie przesunięcia pomiędzy wskazywaną wartością kąta równą zero, a osią fazy a stojana ustala się przeważnie przed pierwszym uruchomieniem napędu. Przesunięcie to wprowadza się do układu sterowania jako wartość korygującą (offset).The rotor position sensor and the motor are usually made as separate devices. During mechanical coupling of the motor with the sensor, the correct orientation of the signal from the sensor in relation to the motor windings is very difficult and practically impossible to implement. Calibration, i.e. determining the shift between the indicated angle value equal to zero, and the stator phase axis, is usually established before the first start-up of the drive. This offset is entered into the control as an offset value.

Znany jest sposób kalibracji sygnału z przetwornika położenia wirnika polegający na oscyloskopowej rejestracji fazowej siły elektromotorycznej rotacji, indukowanej w uzwojeniach silnika. W metodzie tej wal silnika wprawiany jest w ruch obrotowy, przy czym zaciski silnika odłączone są od zacisków przekształtnika. Poprzez rejestrację przebiegu fazowej siły elektromotorycznej oraz kąta z przetwornika położenia wirnika, ustala się przesunięcie pomiędzy zerową wartością kąta i zerowym położeniem wirnika, a następnie wartość tę wprowadza się w postaci przesunięcia korygującego (offsetu) do układu sterowania. Metoda ta, prosta w realizacji praktycznej, wymaga jednak odłączenia zacisków silnika od przekształtnika i niezbędne jest wyprowadzenie z układu sterowania sygnału proporcjonalnego do mierzonej wartości bezwzględnej kąta.There is a known method of calibrating the signal from the rotor position transducer, consisting in an oscilloscope phase recording of the electromotive force of rotation induced in the motor windings. In this method, the motor shaft is set in rotation with the motor terminals disconnected from the converter terminals. By recording the waveform of the phase electromotive force and the angle from the rotor position transducer, the shift between the zero value of the angle and the zero position of the rotor is determined, and then this value is entered as a correction shift (offset) into the control system. This method, simple in practical implementation, requires disconnecting the motor terminals from the converter and it is necessary to derive a signal proportional to the measured absolute value of the angle from the control system.

Znany jest też sposób kalibracji polegający na zasilaniu uzwojeń fazowych silnika prądem stałym. W wyniku oddziaływania pól pochodzących od uzwojeń oraz od magnesów trwałych następuje obrócenie wirnika silnika do tzw. położenia neutralnego, przy którym moment elektromagnetyczny rozwijany przez silnik ma wartość równą zero. Na podstawie znajomości rozkładu pola w szczelinie silnika i pomiaru kąta w takim układzie, wyznacza się wartość offsetu (przesunięcia) i wprowadza jako wartość korygującą do układu sterowania. Kalibrację za pomocą tej metody można przeprowadzać w sposób automatyczny, jednak dokładność ustalenia offsetu w pewnych przypadkach konstrukcji silnika, kiedy indukcja od magnesów posiada obszary niemonotoniczności może dawać błędne wyniki.There is also a calibration method which consists in supplying the motor phase windings with direct current. As a result of the interaction of the fields from the windings and permanent magnets, the motor rotor turns to the so-called the neutral position at which the electromagnetic moment developed by the motor is equal to zero. Based on the knowledge of the field distribution in the engine gap and the measurement of the angle in such a system, the offset value (shift) is determined and entered as a correction value into the control system. Calibration using this method can be performed automatically, however, the accuracy of determining the offset in certain cases of the motor construction, when the induction from magnets has non-monotonous areas may give erroneous results.

Sposób według wynalazku polega na tym. że w trakcie procedury kalibracji tranzystory grupy górnej przekształtnika tranzystor pierwszy, tranzystor trzeci, tranzystor piąty zasilającego silnik wyłącza się, natomiast tranzystory grupy dolnej tranzystor drugi. tranzystor czwarty, tranzystor szósty wysterowuje się w odpowiedniej sekwencji, przy czym przedział czasu załączeń odpowiedniego tranzystora grupy dolnej jest zależny od wartości kąta odczytanej z przetwornika położenia wirnika, tranzystor drugi jest załączony w przedziale kąta od 0° do 120°, tranzystor czwarty jest załączony w przedziale kąta od 120° do 240°, natomiast czas załączenia tranzystora szósty obejmuje przedział od 240° do 360°. Sygnałem pomiarowym służącym do oceny jakości kalibracji jest sygnał proporcjonalny do wartości prądu płynącego w uzwojeniach fazowych silnika i przekształtnika.The method according to the invention is based on this. that during the calibration procedure, the transistors of the upper group of the converter are turned off, the first transistor, the third transistor, the fifth transistor which supplies the motor, and the transistors of the lower group, the second transistor. the fourth transistor, the sixth transistor are activated in the appropriate sequence, the switching time interval of the corresponding lower group transistor depends on the angle value read from the rotor position transducer, the second transistor is switched on in the angle range from 0 ° to 120 °, the fourth transistor is switched on in the range of the angle from 120 ° to 240 °, while the time of switching on the transistor sixth covers the range from 240 ° to 360 °. The measuring signal used to assess the calibration quality is a signal proportional to the value of the current flowing in the phase windings of the motor and converter.

Sposób według wynalazku zakłada, że w trakcie realizacji procedury kalibracji przekształtnik zasilający oraz silnik są połączone ze sobą w taki sposób, jak w czasie normalnej pracy, a kalibracja absolutnego czujnika położenia wirnika, polega na wyznaczaniu kąta, przy którym nie następuje przepływ prądów wyrównawczych w uzwojeniach silnika i przekształtnika.The method according to the invention assumes that during the calibration procedure, the power converter and the motor are connected to each other in the same way as during normal operation, and the calibration of the absolute rotor position sensor consists in determining the angle at which the equalizing currents do not flow in the windings. motor and converter.

Sposób według wynalazku objaśniono na rysunkach na których fig. 1 przedstawia sposób połączenia silnika i przekształtnika, fig. 2 przedstawia sposób załączania tranzystorów dla wartości przesunięcia offset = 0°, fig. 3 przedstawia sposób załączania tranzystorów dla wartości przesunięcia offset = 10°, fig. 4 przedstawia sposób załączania tranzystorów dla wartości przesunięcia offset = -10°. Silnik jest wprawiony w ruch obrotowy ze stałą prędkością za pomocą źródła zewnętrznego poprzez wał silnika. W trakcie kalibracji tranzystory grupy górnej T1, T3, T5 przekształtnika są wyłączane, natomiast tranzystory grupy dolnej T2, T4, T6 są załączane w odpowiednich cyklach. Przedział czaPL 215 896 B1 su załączeń odpowiedniego tranzystora grupy dolnej jest zależny od wartości kąta odczytanej z przetwornika położenia wirnika cpw. Tranzystor T2 jest załączony w przedziale kąta od 0° do 120°, tranzystor T4 jest załączony w przedziale kąta od 120° do natomiast czas załączenia tranzystora T6 obejmuje przedział od 240° do 360°. Sposób załączania tranzystorów T1, T2, T3 pokazano tytułem przykładu na rysunkach fig. 2, fig. 3, fig. 4.The method according to the invention is explained in the drawings, in which Fig. 1 shows the method of connecting the motor and converter, Fig. 2 shows the method of switching on transistors for the offset value = 0 °, Fig. 3 shows the method of switching transistors for the offset value = 10 °, Fig. 4 shows the way of switching on the transistors for the value of the offset offset = -10 °. The motor is made to rotate at a constant speed by an external source through the motor shaft. During calibration, the transistors of the upper group T1, T3, T5 of the converter are turned off, while the transistors of the lower group T2, T4, T6 are turned on in appropriate cycles. The switching time interval of the corresponding lower group transistor depends on the value of the angle read from the rotor position transducer cpw. The transistor T2 is turned on in the range of the angle from 0 ° to 120 °, the transistor T4 is turned on in the range of the angle from 120 ° to the time of the transistor T6 switching on in the range from 240 ° to 360 °. The method of switching on transistors T1, T2, T3 is shown by way of example in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4.

Na rysunkach przedstawiono przebiegi bezwzględnej wartości kąta podchodzącej z czujnika położenia wirnika Θ, fazowych sił elektromotorycznych indukowanych w uzwojeniach silnika ea, eb, ec, sygnałów sterujących tranzystorami grupy dolnej przekształtnika Gt2, Gt4, Gt6 oraz przebiegi prądów fazowych płynących w uzwojeniach ia, ib, ic. Rysunek fig. 2 ilustruje sytuację, przy której wartość przesunięcia, offset pomiędzy mierzoną wartością kąta, a prawidłową orientacją układu współrzędnych dq jest równa zero. W takim przypadku w uzwojeniach silnika i przekształtnika prądy nie płyną.The figures show the waveforms of the absolute value of the angle coming from the rotor position sensor Θ, phase electromotive forces induced in the motor windings ea, eb, ec, the signals controlling the transistors of the lower group of the converter Gt2, Gt4, Gt6 and the waveforms of the phase currents flowing in the windings ia, ib, and c . Figure 2 illustrates the situation where the offset value, the offset between the measured angle value and the correct orientation of the dq coordinate system is equal to zero. In this case, no currents flow in the windings of the motor and converter.

Na rysunkach fig. 3 i fig. 4 przedstawiono sytuacje, w których wartość przesunięcia przyjmuje odpowiednio wartości offset = 10°, fig. 3 oraz offset = -10°, fig. 4. W przypadku. gdy wartość przesunięcia jest niezerowa, załączenia tranzystorów obejmują chwile, kiedy w wyniku rozkładu sił elektromotorycznych rotacji indukowanych w silniku, istnieje możliwość przepływu prądu. Prąd ten zamyka się przez uzwojenia silnika, załączony tranzystor grupy dolnej oraz diodę zwrotną odpowiedniego dolnego tranzystora, który nie jest załączony. Wartość maksymalna tych prądów zależy od parametrów silnika i prędkości obrotowej wirnika.Figures 3 and 4 show the situations where the offset value takes the values offset = 10 °, Figure 3 and offset = -10 °, Figure 4, respectively. In the case of. when the shift value is non-zero, the switching on of the transistors includes moments when, due to the distribution of the electromotive forces of rotation induced in the motor, there is a possibility of current flow. This current is closed through the motor windings, the connected lower group transistor and the feedback diode of the corresponding lower transistor which is not connected. The maximum value of these currents depends on the motor parameters and rotor speed.

Claims

The method of calibrating the absolute rotor position sensor, especially for a motor with magnetoelectric excitation, in which the motor is put into rotation, characterized in that during the calibration procedure the transistors of the upper group of the converter (T1), (T3), (T5) powering the motor are turned off, while the lower group transistors (T2), (T4), (T6) are actuated in the appropriate sequence. the switching time interval of the corresponding transistor of the lower group y depends on the value of the angle read from the rotor position transducer (cpw), the transistor (T2) is switched on in the angle range from 120 °, the transistor (T4) is switched on in the angle range from 120 ° to 240 °, while the time of switching on the transistor (T6) covers the range from 240 ° to 360 ° and the measuring signal used to assess the quality of the calibration is a signal proportional to the value of the current flowing in the phase windings of the motor and converter.