一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法技术

本发明专利技术公开了一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，用于以永磁同步电机和增量式圆光栅为主体的激光跟踪仪的精密伺服系统在启动环节对永磁同步电机进行零位找寻和补偿，该方法是利用安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器对永磁同步电机机械零点进行位置粗测，并利用增量式圆光栅对永磁同步电机机械零点进行位置精测，实现对永磁同步电机机械零点的在线找寻与补偿，进而实现对激光跟踪仪的精密跟踪控制。利用本发明专利技术，大大简化了永磁同步电机零点找寻过程，提高了零点补偿便利性，并保证了永磁同步电机在线找零过程的稳定性，提高了找寻永磁同步电机零点的准确性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法
本专利技术涉及精密机电控制
，尤其是一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法。
技术介绍
激光跟踪仪具有测量范围大、精度高、动态性能好、实时现场测量等特点，在航空航天、轨道交通、船舶制造等高端智能制造业得到了广泛应用。它不仅可对空间静态目标进行高精度三维测量，而且还可对运动目标进行跟踪测量。搭建高性能的精密伺服系统是激光跟踪仪实现跟踪和精密测量的基础。永磁同步电机作为精密伺服系统的执行机构，具有力矩系数大、过载能力强、可靠性高、控制灵活等优点，理论上符合激光跟踪仪较高的工作性能要求。但其实际工作性能还取决于控制策略及算法的优劣，矢量控制技术具有控制精度高、低频特性优良、转矩响应快等优点，该算法的实现要求三相电流经过坐标变换实现转矩电流和磁链电流正交控制，其中PARK变换的变换角的精度直接影响坐标变换的效果，进而影响控制算法的执行效果，直接导致永磁同步电机输出功率降低，输出力矩减小，控制精度降低。故PARK变换的变换角的获取至关重要，由图1和图3可知，变换角主要由永磁同步电机的旋转角度θ和永磁同步电机零位补偿角γ构成，其中θ是变化量，由光栅传感器测得，γ是定值，需要进行找寻补偿。因为激光跟踪仪工作需要，选用增量式圆光栅作为位置传感器，因为增量式圆光栅提供的是相对位置而不是绝对位置，故无法通过一次标定获得永磁同步电机的机械零点位置，同时仅通过增量式圆光栅的光栅编码器很难直接获取永磁同步电机的机械零点的准确位置。本专利技术借助安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器和安装在精密伺服系统中的增量式圆光栅传感器，对永磁同步电机进行线上零位找寻并将其转化为补偿角，进而实现对永磁同步电机的精密控制。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，以简化永磁同步电机零点找寻过程，提高零点补偿便利性，并保证永磁同步电机在线找零过程的稳定性，提高找寻永磁同步电机零点的准确性与可靠性。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，用于以永磁同步电机和增量式圆光栅为主体的激光跟踪仪的精密伺服系统在启动环节对永磁同步电机进行零位找寻和补偿，该方法是利用安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器对永磁同步电机机械零点进行位置粗测，并利用增量式圆光栅对永磁同步电机机械零点进行位置精测，实现对永磁同步电机机械零点的在线找寻与补偿，进而实现对激光跟踪仪的精密跟踪控制。本专利技术提供的这种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，具体包括以下步骤：步骤1：控制永磁同步电机进入启动模式，使永磁同步电机开环转动，捕捉永磁同步电机经过增量式圆光栅的机械零点时的清零信号；步骤2：在永磁同步电机经过增量式圆光栅的机械零点后，设定零点找寻转速及偏差阈值，永磁同步电机开始进入零位找寻补偿过程；步骤3：捕捉安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器在状态切换点时对应的霍尔状态突变信号，记录此时采集到的增量式圆光栅数值，根据状态切换点和电机位置的对应关系将增量式圆光栅的反馈值转换为零点补偿值；步骤4：在接下来的状态切换点，检查零点补偿值是否准确，若连续n次切换点的零点补偿值均在设定的偏差阈值内，则完成永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿过程，进入闭环控制模式。上述方案中，步骤1中所述控制永磁同步电机进入启动模式是采用恒压频比来控制永磁同步电机进入启动模式start＝0。上述方案中，步骤2中所述设定零点找寻转速及偏差阈值，由于在不同找寻转速下检测到的光栅值有一定的偏差，同时偏差阈值越小，则零点找寻越精确，所以针对不同的工况，设定对应的找寻转速和偏差阈值。上述方案中，所述步骤3包括：霍尔位置传感器的输出信号将永磁同步电机每个周期分为六个60°电角度的区间0°～60°，60°～120°，120°～180°，180°～240°，240°～300°，300°～360°，在0°，60°，120°，180°，240°，300°，360°这几个电角度位置，霍尔状态信号会发生跳变，且每次状态改变有且仅有一个电平信号发生变化，即只要捕捉到霍尔状态发生改变时，对应跳变电平信号的上升沿或下降沿，及该时刻下增量式圆光栅输出的位置信号，通过霍尔状态和位置的对应关系即可获得增量式圆光栅输出的位置信号与永磁同步电机机械零点的对应关系，即找到永磁同步电机的机械零点对应的增量式圆光栅角度值，然后将该角度值转换为永磁同步电机零点的补偿值。上述方案中，步骤4中所述在接下来的状态切换点检查零点补偿值是否准确，是在第一次获取补偿值后，基于该补偿值去和经过下一个状态切换点时增量式圆光栅输出的位置信号进行比较，当连续n次偏差均在设定的偏差阈值范围内变化，n为大于1的自然数，则认为该补偿值是有效的，否则继续捕获下一个状态切换点的霍尔状态突变信号，更新补偿值，直到满足条件为止。优选地，所述n＝3。(三)有益效果本专利技术提供的这种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，针对目前国内研究的新型激光跟踪仪精密伺服系统的结构特点，实现了永磁同步电机机械零点的在线找寻与补偿，具有高效，简单，方便，实用等特点，同时通过多点校验，零点找寻转速调整，偏差阈值设定等功能提高了零点找寻的精度，灵活性及可靠性，确保永磁同步电机闭环控制算法的高效执行，大大简化了永磁同步电机零点找寻过程，提高了零点补偿便利性，并保证了永磁同步电机在线找零过程的稳定性，提高了找寻永磁同步电机零点的准确性与可靠性。附图说明图1是坐标变换的示意图；图2是霍尔位置传感器的状态切换点与位置的对应关系；图3是本专利技术提供的实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的示意图；图4是本专利技术提供的实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法流程图；图5是依照本专利技术实施例的实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提供的实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，用于以永磁同步电机和增量式圆光栅为主体的激光跟踪仪的精密伺服系统在启动环节对永磁同步电机进行零位找寻和补偿，该方法主要是利用安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器对永磁同步电机机械零点进行位置粗测，并利用增量式圆光栅对永磁同步电机机械零点进行位置精测，实现对永磁同步电机机械零点的在线找寻与补偿，进而实现对激光跟踪仪的精密跟踪控制。增量式圆光栅输出的虽然是相对位置信号，但其存在机械零点，增量式圆光栅初步上电未经过增量式圆光栅机械零点时的位置信息是无意义的，故增量式圆光栅上电后首先需要转动一圈进行机械找零。由图2和图3可知，霍尔位置传感器的输出信号将永磁同步电机每个周期分为六个60°电角度的区间，根据HA、HB、HC电平信号状态可以获得转子位于哪个区间。由图可知在0°，60°，120°，180°，240°，300°，360°这几个电角度位置，霍尔状态信号会发生跳变，且每次状态改变有且仅有一个电平信号发生变化，即只要捕捉到霍尔状态发生改变时，对应跳变电平信号的上升沿或下降沿，及该时刻下圆光栅输出的位置信号，通过霍尔状态和位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，用于以永磁同步电机和增量式圆光栅为主体的激光跟踪仪的精密伺服系统在启动环节对永磁同步电机进行零位找寻和补偿，该方法是利用安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器对永磁同步电机机械零点进行位置粗测，并利用增量式圆光栅对永磁同步电机机械零点进行位置精测，实现对永磁同步电机机械零点的在线找寻与补偿，进而实现对激光跟踪仪的精密跟踪控制。

【技术特征摘要】
1.一种实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，用于以永磁同步电机和增量式圆光栅为主体的激光跟踪仪的精密伺服系统在启动环节对永磁同步电机进行零位找寻和补偿，该方法是利用安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器对永磁同步电机机械零点进行位置粗测，并利用增量式圆光栅对永磁同步电机机械零点进行位置精测，实现对永磁同步电机机械零点的在线找寻与补偿，进而实现对激光跟踪仪的精密跟踪控制，该方法具体包括以下步骤：步骤1：控制永磁同步电机进入启动模式，使永磁同步电机开环转动，捕捉永磁同步电机经过增量式圆光栅的机械零点时的清零信号；步骤2：在永磁同步电机经过增量式圆光栅的机械零点后，设定零点找寻转速及偏差阈值，永磁同步电机开始进入零位找寻补偿过程；步骤3：捕捉安装在永磁同步电机上的霍尔位置传感器在状态切换点时对应的霍尔状态突变信号，记录此时采集到的增量式圆光栅数值，根据状态切换点和电机位置的对应关系将增量式圆光栅的反馈值转换为零点补偿值；步骤4：在接下来的状态切换点，检查零点补偿值是否准确，若连续n次切换点的零点补偿值均在设定的偏差阈值内，则完成永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿过程，进入闭环控制模式。2.根据权利要求1所述的实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，步骤1中所述控制永磁同步电机进入启动模式是采用恒压频比来控制永磁同步电机进入启动模式start＝0。3.根据权利要求1所述的实现永磁同步电机机械零点在线找寻与补偿的方法，步骤2中所述设定零点找寻转速及偏差阈值，由于在不同找寻转速下检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：林心龙，董登峰，周维虎，刘鑫，纪荣祎，劳达宝，张滋黎，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11