CN108712128B - 一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法 - Google Patents

一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法，步骤包括：建立补偿摩擦力影响的对相坐标系αβ坐标系，并设定对相前磁极N位于α轴的上方；利用不同旋转方向的旋转记录位置编码器的读数，从而计算出补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0。该克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法利用两次对相的方法，补偿了摩擦力的影响，弥补了现有对相技术的缺陷。

Description

一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法
技术领域
本发明涉及一种对相方法，尤其是一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法。
背景技术
对相是交流伺服***出厂之前的一个调试步骤，目的是使伺服在正常运转之初准确获取电机转子磁极位置。伺服厂家当前采用的对相技术中忽略了摩擦力的影响，运用了该已有技术的伺服驱动器在运行时不能精确获取电机磁极的初始位置，从而影响了伺服的整体运行性能。在交流伺服***的矢量控制方案中，电流环中的d轴和q轴两个通道的实际电流由实际相电流经CLARK和PARK变换而来，变换的数学表达式如下：
Figure BDA0001687697180000011
式(1)中，iu和iv分别为U和V相的实际电流，θe为电机电角度，id和iq为d和q轴的实际电流。矢量控制方案中的SVPWM(空间矢量脉宽调制)是基于αβ坐标系的，需将dq坐标系下的电压指令
Figure BDA0001687697180000012
和
Figure BDA0001687697180000013
经逆PARK变换转换至αβ坐标系的指令电压
Figure BDA0001687697180000014
和
Figure BDA0001687697180000015
转换方程如下：
Figure BDA0001687697180000016
式(2)中，
Figure BDA0001687697180000017
和
Figure BDA0001687697180000018
分别为dq坐标系下的电压指令，
Figure BDA0001687697180000019
和
Figure BDA00016876971800000110
分别为αβ坐标系下的电压指令，θe为电机电角度。可见，电角度的误差会直接影响到id、iq和
Figure BDA00016876971800000111
的计算。
将实际的交流永磁同步电机简化为如图1所示的两极电磁结构，三相定子线圈分别是U1U2、V1V2和W1W2，U1、V1和W1为线圈的始端，U2、V2和W2为线圈的末端，u、v和w分别是三相定子线圈的轴线，组成电机的uvw轴，转子永磁体的两极分别为S和N。在对相状态下，定子线圈中的电流方向如图1所示。忽略电机旋转副摩擦力的影响，永磁体在定子线圈磁通的作用下，SN的轴线与u轴重合，N极指向u轴的正方向。这种忽略了摩擦力的对相状态称为理想对相状态，是对相技术希望获取的对相状态，此时，电机的电角度θ＝0。
对相的实质是为伺服在运行过程中计算电角度提供参考位置，在图1中的对相状态下，用软件方法将编码器的读数复位为0，在伺服运行过程中，电机转到任意位置的电角度：
Figure BDA00016876971800000112
式(3)中，θ为电机电角度，Vmax为编码器的最大读数，p为电机的极对数，x为编码器的读数，mod为取模函数。
但是，现有的对相技术未考虑摩擦力的影响，其过程是在αβ坐标系下进行的。实现的过程如下：设定
Figure BDA0001687697180000021
启动SVPWM，磁极由初始位置逆时针旋转，达到图2或图3所示的位置，记取此时的位置编码器的读数x，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为对相过程的时间变量，其取值范围为0≤t≤T，T为对相过程的持续时间。如图2和3所示，由于摩擦力的影响，在对相状态下，SN的轴线与α轴有角度偏差θ1、θ2，电机转子在电磁力矩和摩擦力矩的作用下保持静止状态。根据电机旋转副的对称性，图2和图3中摩擦力矩的大小相等，方向相反，所以θ1＝θ2。此时，电角度θe＝θ1＝θ2，机电角度的计算上将会产生的误差为δθe＝θ1＝θ2。实现的软件流程如图4所示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法，
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法，包括如下步骤：
步骤1，建立补偿摩擦力影响的对相坐标系为αβ坐标系，并设定对相前磁极N位于α轴的上方；
步骤2，开始对相，具体步骤为：
步骤2.1，设定
Figure BDA0001687697180000022
启动SVPWM，磁极由初始位置顺时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T1，T1为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.2，设定
Figure BDA0001687697180000023
启动SVPWM，磁极由步骤2.1达到的位置逆时针旋转，达到磁极N刚经过β轴正半轴的位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T2，T2为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.3，设定
Figure BDA0001687697180000024
启动SVPWM，磁极由步骤2.2达到的位置顺时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，记取此时的位置编码器的读数x1，其中UN为与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T3，T3为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.4，设定
Figure BDA0001687697180000025
启动SVPWM，磁极由步骤2.3达到的位置顺时针旋转，达到磁极N刚到达β轴负半轴的位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T4，T4为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.5，设定
Figure BDA0001687697180000031
启动SVPWM，磁极由步骤2.4达到的位置逆时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，记取此时的位置编码器的读数x2，其中UN为与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T5，T5为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.6，设编码器的最大读数为Vmax，通过步骤2.3和步骤2.5的x1、x2计算补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0。
进一步地，步骤2.6中，计算补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0的公式为：(1)当编码器的0点在x1和x2之间，且x0在0点和x2之间，则x0＝(x1+x2+Vmax+1)/2；(2)当编码器的0点在x1和x2之间，且x0在0点和x1之间，则x0＝(x1+x2-Vmax-1)/2；(3)当编码器的0点不在x1和x2之间，则x0＝(x1+x2)/2。
本发明的有益效果在于：利用本发明的方法能够克服已有对相技术中摩擦力的影响，提升了电角度的计算精度。
附图说明
图1为理想的对相状态；
图2为现有的对相技术获取的一种对相状态；
图3为现有的对相技术获取的另一种对相状态；
图4为现有的对相技术的软件流程；
图5为本发明的补偿摩擦力影响的对相过程示意图；
图6为本发明的对相方法的软件流程。
具体实施方式
如图5和6所示，本发明公开的克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法，包括如下步骤：
步骤1，建立补偿摩擦力影响的对相坐标系为αβ坐标系，并设定对相前磁极N位于α轴的上方；
步骤2，开始对相，具体步骤为：
步骤2.1，设定
Figure BDA0001687697180000032
启动SVPWM，磁极由初始位置顺时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，即图5中(1)图所示位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T1，T1为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.2，设定
Figure BDA0001687697180000041
启动SVPWM，磁极由步骤2.1达到的位置逆时针旋转，达到磁极N刚经过β轴正半轴的位置，即图5中(2)图所示位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T2，T2为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.3，设定
Figure BDA0001687697180000042
启动SVPWM，磁极由步骤2.2达到的位置顺时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，即图5中(3)图所示位置，记取此时的位置编码器的读数x1，其中UN为与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T3，T3为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.4，设定
Figure BDA0001687697180000043
启动SVPWM，磁极由步骤2.3达到的位置顺时针旋转，达到磁极N刚到达β轴负半轴的位置，即图5中(4)图所示位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T4，T4为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.5，设定
Figure BDA0001687697180000044
启动SVPWM，磁极由步骤2.4达到的位置逆时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，即图5中(5)图所示位置，记取此时的位置编码器的读数x2，其中UN为与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T5，T5为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.6，设编码器的最大读数为Vmax，通过步骤2.3和步骤2.5的x1、x2计算补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0。
其中，步骤2.6中，计算补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0的公式为：(1)当编码器的0点在x1和x2之间，且x0在0点和x2之间，则x0＝(x1+x2+Vmax+1)/2；(2)当编码器的0点在x1和x2之间，且x0在0点和x1之间，则x0＝(x1+x2-Vmax-1)/2；(3)当编码器的0点不在x1和x2之间，则x0＝(x1+x2)/2。
本发明公开的克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法能够克服已有对相技术中摩擦力的影响，提升了电角度的计算精度。

Claims (1)

1.一种克服了摩擦力影响的交流伺服***的对相方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，建立补偿摩擦力影响的对相坐标系αβ坐标系，并设定对相前磁极N位于α轴的上方；
步骤2，开始对相，具体步骤为：
步骤2.1，设定
Figure FDA0003057853790000011
启动SVPWM，磁极由初始位置顺时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T1，T1为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.2，设定
Figure FDA0003057853790000012
启动SVPWM，磁极由步骤2.1达到的位置逆时针旋转，达到磁极N刚经过β轴正半轴的位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T2，T2为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.3，设定
Figure FDA0003057853790000013
启动SVPWM，磁极由步骤2.2达到的位置顺时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，记取此时的位置编码器的读数x1，其中UN为与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T3，T3为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.4，设定
Figure FDA0003057853790000014
启动SVPWM，磁极由步骤2.3达到的位置顺时针旋转，达到磁极N刚到达β轴负半轴的位置，其中UN是与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T4，T4为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.5，设定
Figure FDA0003057853790000015
启动SVPWM，磁极由步骤2.4达到的位置逆时针旋转，达到磁极N刚经过α轴正半轴的位置，记取此时的位置编码器的读数x2，其中UN为与电机额定电流相对应的电压，t为本步骤旋转的时间变量，其取值范围为0≤t≤T5，T5为本步骤旋转的持续时间；
步骤2.6，设编码器的最大读数为Vmax，通过步骤2.3和步骤2.5的x1、x2计算补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0；
步骤2.6中，假定x2>x1，计算补偿了摩擦力影响的理想对相位置x0的公式为：(1)当编码器的0点在x1和x2之间，且x0在0点和x2之间，则x0＝(x1+x2+Vmax+1)/2；(2)当编码器的0点在x1和x2之间，且x0在0点和x1之间，则x0＝(x1+x2-Vmax-1)/2；(3)当编码器的0点不在x1和x2之间，则x0＝(x1+x2)/2。
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