CN109510542A - 一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法 - Google Patents

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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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Abstract

本发明涉及一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，包括以下步骤：在采用永磁同步电机的FOC控制策略下，通过磁阻式传感器检测与电机转轴端磁钢的相对位置来获取当前的电机位置角度；利用ECU检测电机在高速条件下的三相反电势信号，利用三相反电势信号得到转子磁轴线与A相磁轴线的夹角；将磁阻式传感器检测的电机位置角度与三相反电势得到的夹角进行比较，得到电气角零位时对应传感器的偏置角。本发明确保电机在刹车***中准确、高效的运行。

Description

一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法
技术领域
本发明涉及智能刹车技术领域，特别是涉及一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法。
背景技术
在智能刹车***中，需要根据制动踏板的行程变化，准确、快速的实现刹车功能。一般采用永磁同步电机的FOC控制策略，其基本原理是给定子三相线圈施加电压，使定子三相电流合成的磁动势超前转子磁动势一定角度，从而产生旋转力矩。因此，可以根据安装相应的位置传感器MPS，实时检测转子相对于定子的相对角度，假设转子磁轴线相对于三相定坐标系A相磁轴线的角度为电机转子的位置角度。由于磁钢安装时充磁方向的不确定性，传感器MPS解算的角度也就不确定，因此需要给电机的角度偏置进行标定，使电机在刹车***能够精确的实现刹车功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，确保电机在刹车***中准确、高效的运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，包括以下步骤：
(1)在采用永磁同步电机的FOC控制策略下，通过磁阻式传感器检测与电机转轴端磁钢的相对位置来获取当前的电机位置角度；
(2)利用ECU检测电机在高速条件下的三相反电势信号，利用三相反电势信号得到转子磁轴线与A相磁轴线的夹角；
(3)将磁阻式传感器检测的电机位置角度与三相反电势得到的夹角进行比较，得到电气角零位时对应传感器的偏置角。
所述步骤(1)中当前的电机位置角度通过其中，MPSsin为磁阻式传感器的Sin信号值；MPScos为磁阻式传感器的Cos信号值。
所述步骤(1)中还对磁阻式传感器的检测结果进行归一化处理，具体为：MPSnormalize＝(MPSsample-MPSoffset)/MPSGain，其中，MPSsample为磁阻式传感器采样信号值，MPSoffset为磁阻式传感器的Sin/Cos信号偏置值，MPSGain为磁阻式传感器的Sin/Cos信号增益值。
所述步骤(2)中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角通过其中，UAB＝A*sinθ，UBC＝A*sin(θ-120°)，θ为中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角，A为三相反电势信号的电压幅值。
所述步骤(3)中电气角零位时对应传感器的偏置角通过Angleoffset＝θ+150°-n*Anglemps，其中，θ为中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角，Anglemps为电机位置角度，n为磁阻式传感器测得的电机位置角度与电气角之间的倍数关系。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用的ECU采集反电势法得到电机角度零位的偏置角波动小，其操作简单、高效；对应反电势的产生不需要外部电机拖动而是由ECU控制电机转动后采集。本发明提高电机零位偏置角标定的准确性与快速性，在实际的操作过程中具有较高的效率，是智能刹车***准确执行的基础。
附图说明
图1是电机台架示意图；
图2是转子磁轴线与A相的位置关系示意图；
图3是AB线感应电动势示意图；
图4是MPS信号归一化流程图；
图5是MPS信号解码流程图；
图6是反电势零位偏置角标定流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，包括以下步骤：在采用磁场定向矢量控制的策略条件下，如图1所示，A为传感器MPS，其通过惰轮与电机轴上的齿轮啮合；B为电机安装支架；C为ECU，其与电机连为一体安装在支架上；D为永磁电机。通过ECU驱动电机转动后采集反电动势信号。在IBS电机进行零位标定时，ECU控制电机达到一定速度后中断控制，采集电机三相反电势信号以及传感器MPS信号，对上述信号值进行多次采集取平均值，反电势信号与传感器信号的差值即为零位偏置值，在不需要外界拖动情况下产生反电势，该方法电机标定台架结构简单，标定结果波动小，可以提高电机零位标定的准确性与效率。
因此，对于电子刹车***中无刷电机零位标定的结果，一方面将直接影响到电机控制***的性能，从而影响到整个IBS***的性能；另一方面可以提高电机运行位置的精确性，电机在调试模式下快速高效地实现位置的标定，从而保证IBS***的稳定性。
如图4所示，IBS电机的零位标定，首先是由电流环给出电流控制量驱动电机转动完整的两个周期，传感器MPS输出sin/cos值，因此需要解算出MPS的角度，由于MPS的sin/cos信号并非理想的在-1～1之间，需要对信号值进行归一化运算，再通过反三角函数算出MPS角度。在两个周期内多次采集sin/cos信号值，找出每个周期内的最大值和最小值，对应求和并取平均值。
由上述获取的平均值，确定Sin/Cos信号的偏置以及增益：
根据采样信号进行归一化运算：
MPSnormalize＝(MPSsample-MPSoffset)/MPSGain
其中，MPSsample为磁阻式传感器采样信号值。
解算出电机角度：
其中，MPSsin为磁阻式传感器的Sin信号值；MPScos为磁阻式传感器的Cos信号值。
根据上述分析，正确的解算出电机角度位置，在采样信号正确的前提下需要经过归一化处理以及反三角函数计算。归一化处理方式如下：电机在测试时会通过学习并标定Sin/Cos的峰峰值存储在EEPROM中作为每次上电的初始默认值，由于传感器MPS在温度不同的情况下输出信号会有微小的偏差，因此，电机每旋转一圈会自动学习一次峰峰值并更新，且不会在下电的时候写入EEPROM。
使用了查表的方式求解电机角度的反三角函数，由于反正切函数的值域在±90度间和反余切函数的互余关系，因此，将360°划分为9个区域(包括原点)，转换为(0,45°)范围内并制定其查表表格，具体见图5。
根据MPSsinβ和MPScosβ的正负关系确定β所处的象限，将其转换到第一象限。
第一象限：
第二象限：
第三象限：
第四象限：
x正半轴：sinβ＝0，cosβ＞0，β＝0°；
y正半轴：sinβ＞0，cosβ＝0，β＝90°；
x负半轴：sinβ＝0，cosβ＜0，β＝180°；
y负半轴：sinβ＜0，cosβ＝0，β＝270°；
转换到第一象限后，如果在(0°，45°)范围内直接查表，如果其值在(45°，90°)范围内，经过转换后查表。因此，根据传感器MPS信号值得到电机转动的角度。
对传感器MPS完成归一化标定后，ECU控制电机达到2000rpm，运行200ms后，中断ECU对电机的控制，采集电机A、B、C三相反电势信号，如图2和图3所示，根据采集的相电压值计算转子永磁铁磁轴线与A相磁轴线夹角其中，UAB＝A*sinθ，UBC＝A*sin(θ-120°)，θ为中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角，A为三相反电势信号的电压幅值。
根据转子永磁铁磁轴线与A相磁轴线夹角公式，需要对反三角函数进行解码查表，具体的操作如MPS信号的查表。
综上所述，通过比较感应电动势过零点与传感器MPS的实际输出角度，可以确定电机零位偏置角为：Angleoffset＝θ+150°-n*Anglemps，其中，其中，θ为中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角，Anglemps为电机位置角度，n为磁阻式传感器测得的电机位置角度与电气角之间的倍数关系。
通过ECU采集的反电势和MPS信号进行反解运算，按照它们的关系计算出偏置角度，累计多次偏置角度后取平均作为最终的偏置角度。
基于以上过程可以得到一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法的实现流程，主要包括传感器MPS信号以及反电势信号的反解运算，具体流程如图6所示。
不难发现，在IBS***工作之前必须完成电机零位偏置角度标定，首先需要对MPS信号进行归一化处理，再利用ECU控制电机高速转动采集反电动势信号以及MPS信号，可以根据这些信号反解出对应角度，最终计算出零位偏置角度，确保电机能够简单快速的实现零位偏置角的标定，即电机能够在产线比较复杂的情况下完成标定工作，并且标定的效果误差小，保证IBS***能够安全精确的运行。

Claims (5)

1.一种基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在采用永磁同步电机的FOC控制策略下，通过磁阻式传感器检测与电机转轴端磁钢的相对位置来获取当前的电机位置角度；
(2)利用ECU检测电机在高速条件下的三相反电势信号，利用三相反电势信号得到转子磁轴线与A相磁轴线的夹角；
(3)将磁阻式传感器检测的电机位置角度与三相反电势得到的夹角进行比较，得到电气角零位时对应传感器的偏置角。
2.根据权利要求1所述的基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，其特征在于，所述步骤(1)中当前的电机位置角度通过其中，MPSsin为磁阻式传感器的Sin信号值；MPScos为磁阻式传感器的Cos信号值。
3.根据权利要求1所述的基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，其特征在于，所述步骤(1)中还对磁阻式传感器的检测结果进行归一化处理，具体为：MPSnormalize＝(MPSsample-MPSoffset)/MPSGain，其中，MPSsample为磁阻式传感器采样信号值，MPSoffset为磁阻式传感器的Sin/Cos信号偏置值，MPSGain为磁阻式传感器的Sin/Cos信号增益值。
4.根据权利要求1所述的基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，其特征在于，所述步骤(2)中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角通过其中，UAB＝A*sinθ，UBC＝A*sin(θ-120°)，θ为中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角，A为三相反电势信号的电压幅值。
5.根据权利要求1所述的基于智能刹车***的反电势零位偏置角标定方法，其特征在于，所述步骤(3)中电气角零位时对应传感器的偏置角通过Angleoffset＝θ+150°-n*Anglemps，其中，θ为中转子磁轴线与A相磁轴线的夹角，Anglemps为电机位置角度，n为磁阻式传感器测得的电机位置角度与电气角之间的倍数关系。
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