一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密機(jī)電控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒ā?br>【背景技術(shù)】
[0002]激光跟蹤儀具有測(cè)量范圍大、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等特點(diǎn)，在航空航天、軌道交通、船舶制造等高端智能制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。它不僅可對(duì)空間靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行高精度三維測(cè)量，而且還可對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤測(cè)量。
[0003]搭建高性能的精密伺服系統(tǒng)是激光跟蹤儀實(shí)現(xiàn)跟蹤和精密測(cè)量的基礎(chǔ)。永磁同步電機(jī)作為精密伺服系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有力矩系數(shù)大、過(guò)載能力強(qiáng)、可靠性高、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，理論上符合激光跟蹤儀較高的工作性能要求。但其實(shí)際工作性能還取決于控制策略及算法的優(yōu)劣，矢量控制技術(shù)具有控制精度高、低頻特性優(yōu)良、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，該算法的實(shí)現(xiàn)要求三相電流經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩電流和磁鏈電流正交控制，其中PARK變換的變換角的精度直接影響坐標(biāo)變換的效果，進(jìn)而影響控制算法的執(zhí)行效果，直接導(dǎo)致永磁同步電機(jī)輸出功率降低，輸出力矩減小，控制精度降低。
[0004]故PARK變換的變換角的獲取至關(guān)重要，由圖1和圖3可知，變換角主要由永磁同步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度θ和永磁同步電機(jī)零位補(bǔ)償角γ構(gòu)成，其中θ是變化量，由光柵傳感器測(cè)得，γ是定值，需要進(jìn)行找尋補(bǔ)償。因?yàn)榧す飧檭x工作需要，選用增量式圓光柵作為位置傳感器，因?yàn)樵隽渴綀A光柵提供的是相對(duì)位置而不是絕對(duì)位置，故無(wú)法通過(guò)一次標(biāo)定獲得永磁同步電機(jī)的機(jī)械零點(diǎn)位置，同時(shí)僅通過(guò)增量式圓光柵的光柵編碼器很難直接獲取永磁同步電機(jī)的機(jī)械零點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。
[0005]本發(fā)明借助安裝在永磁同步電機(jī)上的霍爾位置傳感器和安裝在精密伺服系統(tǒng)中的增量式圓光柵傳感器，對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行線上零位找尋并將其轉(zhuǎn)化為補(bǔ)償角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)的精密控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒?，以?jiǎn)化永磁同步電機(jī)零點(diǎn)找尋過(guò)程，提高零點(diǎn)補(bǔ)償便利性，并保證永磁同步電機(jī)在線找零過(guò)程的穩(wěn)定性，提高找尋永磁同步電機(jī)零點(diǎn)的準(zhǔn)確性與可靠性。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒?，用于以永磁同步電機(jī)和增量式圓光柵為主體的激光跟蹤儀的精密伺服系統(tǒng)在啟動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行零位找尋和補(bǔ)償，該方法是利用安裝在永磁同步電機(jī)上的霍爾位置傳感器對(duì)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)進(jìn)行位置粗測(cè)，并利用增量式圓光柵對(duì)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)進(jìn)行位置精測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)的在線找尋與補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光跟蹤儀的精密跟蹤控制。
[0010]本發(fā)明提供的這種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒?，具體包括以下步驟:
[0011]步驟1:控制永磁同步電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式，使永磁同步電機(jī)開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，捕捉永磁同步電機(jī)經(jīng)過(guò)增量式圓光柵的機(jī)械零點(diǎn)時(shí)的清零信號(hào)；
[0012]步驟2:在永磁同步電機(jī)經(jīng)過(guò)增量式圓光柵的機(jī)械零點(diǎn)后，設(shè)定零點(diǎn)找尋轉(zhuǎn)速及偏差閾值，永磁同步電機(jī)開(kāi)始進(jìn)入零位找尋補(bǔ)償過(guò)程；
[0013]步驟3:捕捉安裝在永磁同步電機(jī)上的霍爾位置傳感器在狀態(tài)切換點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的霍爾狀態(tài)突變信號(hào)，記錄此時(shí)采集到的增量式圓光柵數(shù)值，根據(jù)狀態(tài)切換點(diǎn)和電機(jī)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系將增量式圓光柵的反饋值轉(zhuǎn)換為零點(diǎn)補(bǔ)償值；
[0014]步驟4:在接下來(lái)的狀態(tài)切換點(diǎn)，檢查零點(diǎn)補(bǔ)償值是否準(zhǔn)確，若連續(xù)η次切換點(diǎn)的零點(diǎn)補(bǔ)償值均在設(shè)定的偏差閾值內(nèi)，則完成永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償過(guò)程，進(jìn)入閉環(huán)控制模式。
[0015]上述方案中，步驟I中所述控制永磁同步電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式是采用恒壓頻比來(lái)控制永磁同步電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式start = Oo
[0016]上述方案中，步驟2中所述設(shè)定零點(diǎn)找尋轉(zhuǎn)速及偏差閾值，由于在不同找尋轉(zhuǎn)速下檢測(cè)到的光柵值有一定的偏差，同時(shí)偏差閾值越小，則零點(diǎn)找尋越精確，所以針對(duì)不同的工況，設(shè)定對(duì)應(yīng)的找尋轉(zhuǎn)速和偏差閾值。
[0017]上述方案中，所述步驟3包括:霍爾位置傳感器的輸出信號(hào)將永磁同步電機(jī)每個(gè)周期分為六個(gè)60°電角度的區(qū)間0°?60°，60°?120°，120°?180°，180°?240。，240。?300。，300。?360。，在 O。，60。，120。，180。，240。，300。，360。這幾個(gè)電角度位置，霍爾狀態(tài)信號(hào)會(huì)發(fā)生跳變，且每次狀態(tài)改變有且僅有一個(gè)電平信號(hào)發(fā)生變化，即只要捕捉到霍爾狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)跳變電平信號(hào)的上升沿或下降沿，及該時(shí)刻下增量式圓光柵輸出的位置信號(hào)，通過(guò)霍爾狀態(tài)和位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系即可獲得增量式圓光柵輸出的位置信號(hào)與永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即找到永磁同步電機(jī)的機(jī)械零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的增量式圓光柵角度值，然后將該角度值轉(zhuǎn)換為永磁同步電機(jī)零點(diǎn)的補(bǔ)償值。
[0018]上述方案中，步驟4中所述在接下來(lái)的狀態(tài)切換點(diǎn)檢查零點(diǎn)補(bǔ)償值是否準(zhǔn)確，是在第一次獲取補(bǔ)償值后，基于該補(bǔ)償值去和經(jīng)過(guò)下一個(gè)狀態(tài)切換點(diǎn)時(shí)增量式圓光柵輸出的位置信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)連續(xù)η次偏差均在設(shè)定的偏差閾值范圍內(nèi)變化，η為大于I的自然數(shù)，則認(rèn)為該補(bǔ)償值是有效的，否則繼續(xù)捕獲下一個(gè)狀態(tài)切換點(diǎn)的霍爾狀態(tài)突變信號(hào)，更新補(bǔ)償值，直到滿足條件為止。優(yōu)選地，所述η = 3。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明提供的這種實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ槍?duì)目前國(guó)內(nèi)研宄的新型激光跟蹤儀精密伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)的在線找尋與補(bǔ)償，具有高效，簡(jiǎn)單，方便，實(shí)用等特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)多點(diǎn)校驗(yàn)，零點(diǎn)找尋轉(zhuǎn)速調(diào)整，偏差閾值設(shè)定等功能提高了零點(diǎn)找尋的精度，靈活性及可靠性，確保永磁同步電機(jī)閉環(huán)控制算法的高效執(zhí)行，大大簡(jiǎn)化了永磁同步電機(jī)零點(diǎn)找尋過(guò)程，提高了零點(diǎn)補(bǔ)償便利性，并保證了永磁同步電機(jī)在線找零過(guò)程的穩(wěn)定性，提高了找尋永磁同步電機(jī)零點(diǎn)的準(zhǔn)確性與可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是坐標(biāo)變換的示意圖；
[0022]圖2是霍爾位置傳感器的狀態(tài)切換點(diǎn)與位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0023]圖3是本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)氖疽鈭D；
[0024]圖4是本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒鞒虉D；
[0025]圖5是依照本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒鞒虉D。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒?，用于以永磁同步電機(jī)和增量式圓光柵為主體的激光跟蹤儀的精密伺服系統(tǒng)在啟動(dòng)環(huán)節(jié)對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行零位找尋和補(bǔ)償，該方法主要是利用安裝在永磁同步電機(jī)上的霍爾位置傳感器對(duì)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)進(jìn)行位置粗測(cè)，并利用增量式圓光柵對(duì)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)進(jìn)行位置精測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)的在線找尋與補(bǔ)償，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)激光跟蹤儀的精密跟蹤控制。
[0028]增量式圓光柵輸出的雖然是相對(duì)位置信號(hào)，但其存在機(jī)械零點(diǎn)，增量式圓光柵初步上電未經(jīng)過(guò)增量式圓光柵機(jī)械零點(diǎn)時(shí)的位置信息是無(wú)意義的，故增量式圓光柵上電后首先需要轉(zhuǎn)動(dòng)一圈進(jìn)行機(jī)械找零。
[0029]由圖2和圖3可知，霍爾位置傳感器的輸出信號(hào)將永磁同步電機(jī)每個(gè)周期分為六個(gè)60°電角度的區(qū)間，根據(jù)HA、HB、HC電平信號(hào)狀態(tài)可以獲得轉(zhuǎn)子位于哪個(gè)區(qū)間。由圖可知在O。，60。，120。，180。，240。，300。，360。這幾個(gè)電角度位置，霍爾狀態(tài)信號(hào)會(huì)發(fā)生跳變，且每次狀態(tài)改變有且僅有一個(gè)電平信號(hào)發(fā)生變化，即只要捕捉到霍爾狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)跳變電平信號(hào)的上升沿或下降沿，及該時(shí)刻下圓光柵輸出的位置信號(hào)，通過(guò)霍爾狀態(tài)和位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系即可獲得增量式圓光柵輸出的位置信號(hào)與永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即找到永磁同步電機(jī)的機(jī)械零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的圓光柵角度值，將其轉(zhuǎn)換為永磁同步電機(jī)零點(diǎn)的補(bǔ)償值修正到矢量控制中的坐標(biāo)變換中即可實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的精密控制。
[0030]但因?yàn)榛魻杺鞲衅鞔嬖诎惭b及輸出誤差，同時(shí)其在狀態(tài)切換位置的電平變化亦受到永磁同步電機(jī)開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速及捕捉頻率的影響，故其一次找尋補(bǔ)償值可靠性不高，故本發(fā)明采用設(shè)置偏差閾值，多點(diǎn)校驗(yàn)的方法提高零點(diǎn)找尋的精度與可靠性，即在第一次獲取補(bǔ)償值后，基于該值去和經(jīng)過(guò)下一個(gè)狀態(tài)切換點(diǎn)時(shí)光柵輸出的位置信號(hào)進(jìn)行比較，當(dāng)連續(xù)三次偏差均在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)變化，則認(rèn)為該補(bǔ)償值是有效的，否則將補(bǔ)償值更新為新值，直到滿足條件位置。
[0031 ] 硬件電路主要由基于FPGA的數(shù)據(jù)采集板和基于DSP的驅(qū)動(dòng)控制板構(gòu)成。其中FPGA除負(fù)責(zé)采集各路反饋信號(hào)以外，還負(fù)責(zé)捕捉霍爾傳感器狀態(tài)跳變時(shí)增量式圓光柵的位置信號(hào)，同時(shí)提供固定的時(shí)鐘信號(hào)與驅(qū)動(dòng)控制板進(jìn)行通訊，將數(shù)據(jù)傳送給DSP進(jìn)行電機(jī)零位的在線找尋補(bǔ)償及后續(xù)的驅(qū)動(dòng)控制算法實(shí)現(xiàn)。
[0032]如圖4所示，圖4是本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)機(jī)械零點(diǎn)在線找尋與補(bǔ)償?shù)姆椒鞒虉D，該方法具體包括以下步驟:
[0033]步驟1:控制永磁同步電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式，使永磁同步電機(jī)開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，捕捉永磁同步電機(jī)經(jīng)過(guò)增量式圓光柵的機(jī)械零點(diǎn)時(shí)的清零信號(hào)；
[0034]在本步驟中，控制永磁同步電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式是采用恒壓頻比來(lái)控制永磁同步電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)模式，此啟動(dòng)模式start = Oo
[0035]步驟2:在永磁同步電機(jī)經(jīng)過(guò)增量式圓光柵的機(jī)械零點(diǎn)后，設(shè)定零點(diǎn)找尋轉(zhuǎn)速及偏差閾值，永磁同步電機(jī)開(kāi)始進(jìn)入零位找尋補(bǔ)償過(guò)程；
[0036]在本步驟中，設(shè)定零點(diǎn)找尋轉(zhuǎn)速及偏差閾值，由于在不同找尋轉(zhuǎn)速下檢測(cè)到的光柵值有一定的偏差，同時(shí)偏差閾值越小，則零點(diǎn)找尋越精確，所以針對(duì)不同的工況，設(shè)定對(duì)應(yīng)的找尋轉(zhuǎn)速和偏差閾值。
[0037]步驟3:捕捉安裝在永磁同步電機(jī)上的霍爾位置傳感器在狀態(tài)切換點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的霍爾狀態(tài)突變信號(hào)，記錄此時(shí)采集到的增量式圓光柵數(shù)值，根據(jù)狀態(tài)切換點(diǎn)和電機(jī)位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系將增量式圓