CN106817061A - 一种检测转子初始位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机转子初始位置的检测方法，通过执行一组预先定义的矢量指令，判断出转子初始位置区间，进而实现电机转子初始位置检测。包括以下步骤：将转子一周360电角度等分成6个位置区间；交流伺服驱动器通过内部预先设定的一组指令，使电机转子产生转动趋势，根据每次产生转动趋势的结果判断出转子N极所在的位置区间，进而得到转子位置值，完成转子位置初始检测。本发明方法可以替代U,V,W磁极位置检测信号实现转子位置初始定位，降低了产品成本；本方法在不增加额外的硬件电路的条件下，完全由软件实现，算法简单，快速，准确，可靠，便于实际应用，可以适用于对位置有格要求并且频繁上，下使能的场合。

Description

一种检测转子初始位置的方法

技术领域

本发明涉及交流伺服驱动器领域，具体的说是一种检测转子初始位置的方法，用于检测交流永磁同步电机转子的初始位置。

背景技术

目前，交流伺服驱动器普遍采用矢量控制技术，它是建立在永磁转子位置可知的情况下，借助坐标变换，转换成等效的直流电机模型来控制的一种先进技术。因此，检测转子初始位置是一个必不可缺的环节，一直是工程技术界研究的热点和难点问题之一。

在此方面，有许多方法被提出。基于凸极检测的NFORM法，最佳电压矢量法，高频注入法等方法虽然可实现转子初始位置的精确检测，但是目前这些方法存在计算复杂，估算速度慢，存在反向，易受干扰，对采样电路要求高等缺点，不便实际应用。国内外大部分交流伺服驱动器都是采用直接安装磁极位置检测装置来实现转子初始位置检测的。这种装置称为带U,V,W磁极位置检测的增量式光电编码器，增加的U,V,W信号实现转子初始位置判定，位置判定后信号不再使用，由原有的A,B信号实现位置，速度反馈检测。

由此可以看出，基于“软件算法”的检测方法目前虽然没有得到应用，但是和通过“硬件装置”的检测方法相比，省安装，省空间，省成本等优势具有其较高的性价比，被广泛关注，是今后的发展方向。随着科技高速发展，电机转子初始位置检测必将可以不只依赖于额外增加硬件装置实现。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种检测转子初始位置的方法，只需要通过普通光电编码器的A,B,Z信号，借助已有的交流伺服驱动器，就能够可靠、快速的检测出转子初始位置，以取替U,V,W信号。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种检测转子初始位置的方法，包括以下步骤：

将转子一周360电角度等分成6个位置区间；

交流伺服驱动器通过内部预先设定的一组指令，使电机转子产生转动趋势，根据每次产生转动趋势的结果判断出转子N极所在的位置区间，进而得到转子位置值，完成转子位置初始检测。

所述每个位置区间的范围是60电角度，6个位置区间分别为：

第一位置区间，为0-60电角度，定义转子位置为30电角度；

第二位置区间，为60-120电角度，定义转子位置为90电角度；

第三位置区间，为120-180电角度，定义转子位置为150电角度；

第四位置区间，为180-240电角度，定义转子位置为210电角度；

第五位置区间，为240-300电角度，定义转子位置为270电角度；

第六位置区间，为300-360电角度，定义转子位置为330电角度。

所述预先设定的指令是具有不同方向且幅值渐增的空间矢量，方向代表着转子的N极在该指令作用下意图最终停下的方向；幅值由零开始阶跃增加，直到产生转动趋势后，再减为零。

所述转动趋势是转子顺时针或逆时针的微小变化，微小变化的范围限制在1个微动大小，在0～1um之间，是顺时针或逆时针，转子的微动大小由编码器线数和螺距决定：

微动大小＝螺距/(4*编码器线数)[微米/脉冲]

所述转动趋势的结果是通过微控制器内部的QEP电路得到的增量式编码器A，B信号的正交脉冲个数，得到的正交脉冲个数由微控制器内部的计数器记录。

所述预先设定的指令有6个，按位置空间共分成0电角度指令，60电角度指令，120电角度指令，180电角度指令，240电角度指令和300电角度指令，这6个指令全部或部分组成一组指令。

所述一组指令仅包括如下指令执行次序：

X电角度指令，X+60电角度指令；

X电角度指令，X+60电角度指令，X+180电角度指令，X+300电角度指令；

X电角度指令，X+60电角度指令，X+240电角度指令，X+120电角度指令；

其中：X＝0，60，120，180，240，300；当指令电角度≥360时，减去360；＜0时，加上360。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.本方法较好的解决了初始时刻转子需要“找零”而引起位置不受控的问题。

2.本方法算法简单、快速、可靠，便于实现；具有一定的通用性和良好的经济效益。

3.本方法可以适用于对位置有严格要求并且频繁上下使能的场合，例如数控机床，机器人。

附图说明

图1为本方法的原理框图；

图2为定位指令矢量图；

图3为指令执行次序图；

图4为位置区间图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本方法在沈阳高精数控技术有限公司的GJS系列交流伺服驱动器上实施，电机为通用的三相交流永磁同步电机，增量编码器只有A,B,Z信号，2500线。

图1是本检测方法的原理框图，伺服驱动器在上电时，软件开关的初始状态在位置B，完成转子初始位置检测后，软件开关位置变到A，执行正常功能，定位指令不再有效；软件开关由A变到B的情况，只能通过驱动器下电，再上电实现。在整个定位过程中，转速环路并不起作用，只有电流环路参与工作，定位指令实际上是电流环路的给定值，编码器检测到有转动趋势后，定位指令按预先定义好的执行次序，转换另一条指令，一组定位指令执行结束，判断出转子初始位置，完成位置初始检测。

图2是定位指令矢量图，在α-β坐标系建立定位指令空间矢量关系，指令在0电角度，60电角度，240电角度，180电角度，120电角度，300电角度方向依次定义为①～⑥号指令，每条指令的幅值以原点射线方向阶跃增加，产生转动趋势后，幅值减为零，继而按预定义次序执行下一条指令，直到一组指令全部执行结束。指令所指方向即是永磁转子N磁极最终静止的方向，如果转子N磁极不在这个方向上，电机转子就会受到电磁扭矩的作用，发生顺时针或逆时针转动趋势。驱动器上电，转子初始位置如图，执行⑤号指令，转子会发生顺时针转动趋势，执行④号指令转子会发生逆时针转动趋势。

图3是指令执行次序图，出于对转动趋势会引起转子微小变化的考虑，指令执行次序如下：首先，执行①号指令，记录转动趋势，撤去①号指令；然后，施加②号指令，记录转动趋势，撤去②号指令。对两次记录比较，前次是顺时针趋势，后次是逆时针趋势，估计出转子位置在区间1；前次是逆时针趋势，后次是顺时针趋势，估计出转子位置在区间4；两次同为顺时针趋势，估计出位置在区间2或3；两次同为逆时针趋势，估计出位置在区间5或6。通过执行①、②号指令，如果电机转子在区间1或4，定位指令结束；反之，继续第三次和第四次执行指令。如果转子在区间2或3，考虑到两次顺时针趋势转子产生的微小变化，会执行③号指令，它必然产生逆时针趋势，撤去③号指令，完成对转子微小变化的弥补。接着执行⑤号指令，记录转动趋势，撤去⑤号指令。如果是顺时针趋势，估计出位置在区间3；反之，在区间2。同理，如果转子在区间5或6，先执行④号指令，弥补微小变化，撤去④号指令。接着执行⑥号指令，记录转动趋势。如果是顺时针趋势，位置在区间6；反之，在区间5。本实施例中，转动趋势范围限制在0～1脉冲。

图4是位置区间图，在如图3的一组指令执行后，得到了转子N磁极的初始位置范围。图中取每个区间范围的中值定义为初始检测得到的转子位置，即区间1定义转子N磁极位置为30电角度，依次是区间2定义转子位置为90电角度，区间3转子位置为150电角度，区间4转子位置为210电角度，区间5转子位置为270电角度，和区间6转子位置为330电角度。按照上述定义，当转子的实际初始位置在位置区间边上时，本检测方法得到的转子初始位置的误差最大，偏差可达到正负30电角度，这和目前使用带U,V,W位置磁极检测装置得到的初始位置产生的最大偏差是一样的，不必再对位置区间进行细分。

由本发明得到的转子初始位置与实际转子位置必然存在误差，最大偏差为+30电角度或－30电角度，它与使用U,V,W位置磁极检测装置得到的初始位置产生的最大偏差是一样的。

检测之后，同使用U,V,W位置磁极检测装置的方法一样，当电机真正转动并遇到Z脉冲后，再由软件对产生的初始位置偏差进行修正。

Claims (7)

1.一种检测转子初始位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将转子一周360电角度等分成6个位置区间；

交流伺服驱动器通过内部预先设定的一组指令，使电机转子产生转动趋势，根据每次产生转动趋势的结果判断出转子N极所在的位置区间，进而得到转子位置值，完成转子位置初始检测。

2.根据权利要求1所述的一种检测转子初始位置的方法，其特征在于，所述每个位置区间的范围是60电角度，6个位置区间分别为：

第一位置区间，为0-60电角度，定义转子位置为30电角度；

第二位置区间，为60-120电角度，定义转子位置为90电角度；

第三位置区间，为120-180电角度，定义转子位置为150电角度；

第四位置区间，为180-240电角度，定义转子位置为210电角度；

第五位置区间，为240-300电角度，定义转子位置为270电角度；

第六位置区间，为300-360电角度，定义转子位置为330电角度。

3.根据权利要求1所述的一种检测转子初始位置的方法，其特征在于，所述预先设定的指令是具有不同方向且幅值渐增的空间矢量，方向代表着转子的N极在该指令作用下意图最终停下的方向；幅值由零开始阶跃增加，直到产生转动趋势后，再减为零。

4.根据权利要求3所述的一种检测转子初始位置的方法，其特征在于，所述转动趋势是转子顺时针或逆时针的微小变化，微小变化的范围限制在1个微动大小，在0～1um之间，是顺时针或逆时针，转子的微动大小由编码器线数和螺距决定：

微动大小＝螺距/(4*编码器线数)[微米/脉冲] 。

5.根据权利要求3所述的一种检测转子初始位置的方法，其特征在于，所述转动趋势的结果是通过微控制器内部的QEP电路得到的增量式编码器A，B信号的正交脉冲个数，得到的正交脉冲个数由微控制器内部的计数器记录。

6.根据权利要求1或3所述的一种检测转子初始位置的方法，其特征在于， 所述预先设定的指令有6个，按位置空间共分成0电角度指令，60电角度指令，120电角度指令，180电角度指令，240电角度指令和300电角度指令，这6个指令全部或部分组成一组指令。

7.根据权利要求6所述的一种检测转子初始位置的方法，其特征在于，所述一组指令仅包括如下指令执行次序：

X电角度指令，X+60电角度指令；

X电角度指令，X+60电角度指令，X+180电角度指令，X+300电角度指令；

X电角度指令，X+60电角度指令，X+240电角度指令，X+120电角度指令；

其中：X＝0，60，120，180，240，300；当指令电角度≥360时，减去360；＜0时，加上360。