CN109831137B - 永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，利用永磁同步电机编码器感应齿轮随着电机转子旋转时，设置有磁感应芯片的感应头检测出电机转子轴转动过的角度，并输出三路A、B、Z信号，基于对上述信号的处理，将电机转子位置角θ分解为转子初始位置角θ₀和增量位置角θ_Δ两部分。利用高速AD采样电路对两个计数脉冲之间所对应的空间位置进行精细划分，减小了对整数脉冲计算所带来的位置角的量化误差，实现了对电机转子增量位置角θ_Δ的高精度计算；将电机转子位置初始角θ₀的估计值设为零，通过示波器读取电机转子位置角θ和u_BC两路模拟信号的相位差，经过计算即可完成电机转子位置初始角θ₀的标定。

Description

永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机电机驱动***转子位置检测的方法。

背景技术

高性能永磁同步电机驱动***通常采用矢量控制，为实现电机磁通和转矩的独立闭环控制，需要对电机定子电流中励磁分量和转矩分量进行解耦，而永磁同步电机转子绝对位置的检测是实现定子电流解耦控制的必要条件。现有技术一般采用安装在电机上的编码器来获取电机位置信息。为获得电机转子的绝对位置，最为常用的方案是采用绝对式编码器的方式，但是由于具有内部结构复杂、成本高的特点，大大的限制了绝对式编码器的应用。作为一种替代方案，增量式编码器仅输出和电机转动相应的脉冲数量，具有内部结构简单，体积较小，成本低廉的优点。光电编码器和磁感应式齿轮编码器是增量式编码器的两种主要形式，其中，齿轮编码器机械结构简化坚固，量测齿轮和磁感应读取头之间采用非接触、无磨损设计，具有抗振动、抗腐蚀、抗污染和宽工作温度的特性，响应速度快，能适应高速旋转运动，可应用于光电编码器不能适应的领域。但增量式编码器输出信号仅能反映位置变化的增量信息，为实现绝对位置信息的检测，现有技术主要借助增量式编码器输出的Z脉冲零位信号实现初始位置的获取，结合上述增量位置信息进而得到电机转子的绝对位置。

基于Z脉冲零位信号的初始位置获取方法主要包括两类：一类方法要求安装增量式编码器时进行调零工作，即将编码器的Z脉冲位置与转子磁极对齐或者成固定角度的偏差，然后将编码器紧固螺钉锁紧，上述要求导致了增量式编码器在安装时难度较大，且费时费力。另一类方法则在编码器安装完成后通过实测的方式测得初始安装位置角，通过软件标定的方式在控制程序中进行设置。现有的初始位置标定方法需要专门的标定程序，标定过程中需要特殊的夹持装置或者需要给电机控制器通高压强电，操作较为复杂。

申请号为201510328995.9的专利《一种应用增量式编码器进行绝对位置检测的装置及其方法》，公开了一种应用增量式编码器进行绝对位置检测的装置，通过电机两端电连接的减速器以及断电保持制动器，实现了绝对位置的检测。但是，该装置需要配套断电保持制动器，用以实现在***断电后将电机抱死，使得电机保持在***断电时的位置不动，断电保持制动器并不是电机的通用且必需的组件，为实现该发明的效果，必须增加的断电保持制动器大大限制了该发明的应用领域。

申请号为201210248414.7的专利《永磁交流伺服电机增量式编码器校对零位的方法》公开了一种直接利用伺服驱动器对电机增量式编码器进行校正零位的方法，利用伺服驱动器捕捉到增量式编码器发出的Z脉冲信号时将增量式编码器位置脉冲计数清零，同时换为ABZ计数方式来进行重新计数，调整增量式编码器与电机转子的转轴相对位置，使电机的相电流波形和相反电动势波形这两者波形相位一致，就完成了增量式编码器对零位操作。申请号为201610738059.X的专利《基于增量式光电编码器多极电机磁极位置检测方法》也是利用光电编码器自带的UVW信号进行转子的初始定位，为消除累积误差在每一周结束时用Z信号或UVW信号进行清零。但是，上述两个发明所提出的方法均要求编码器同时具备UVW粗略定位和ABZ精确定位功能，实际上针对的编码器属于一种混合式编码器，并不是真正意义上的增量式编码器；另外，为实现零位标定，需要伺服驱动器控制电机以一定速度开环运行，因此需要准备专门的开环控制程序，且需要为驱动控制器提供强电，上述特殊要求限制了该类方法应用的场景。

发明内容

本发明的目的是克服已有的永磁同步电机转子初始位置标定技术需要专用标定程序、电机需要通电开环运行的弊端，提出一种基于增量式齿轮编码器的永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，本发明在实现永磁电机转子绝对位置检测的基础上，不必增加额外的软件及硬件检测电路即可实现永磁电机初始位置的标定，标定过程中不需要为电机控制器提供高压强电，在进行初始位置角θ₀的标定过程中同步完成了对标定结果的校核。

增量式齿轮编码器由编码器感应齿轮及感应头组成。编码器感应齿轮与电机转子旋转轴同轴安装，编码器感应头安装在电机后端盖上并与电机定子保持相对位置不变，编码器的感应齿轮上设置有参考零位Z信号齿层和A、B弦波信号齿层，编码器感应齿轮随着电机转子旋转时，设置有磁感应芯片的感应头即可检测出电机转子轴转动过的角度，并输出三路A、B、Z信号。

本发明利用永磁同步电机编码器感应齿轮随着电机转子旋转时，设置有磁感应芯片的感应头检测出电机转子轴转动过的角度，并输出三路A、B、Z信号，基于对上述信号的处理，计算转子位置增量角度θ_Δ，标定转子位置初始角度θ₀，计算转子位置角θ，进行转子位置检测及初始位置标定结果的校验，并用于电机的高性能控制。

基于转子磁场定向的矢量控制方法是电机控制的一种常用方法，转子磁场定向体系下电机的转子轴线与d-q旋转坐标系的d轴重合，转子磁场定向体系下转子位置角θ定义为电机转子轴线与定子A相轴线之间的夹角，电机定子的线电压可以表示为：u_BC＝k_λ×cosθ，k_λ为与电机转子磁场强度和转速有关的系数。因此，转子位置计算正确时，电机定子线电压u_BC关于转子位置θ呈现余弦函数的周期变化规律，本发明利用线电压和转子位置角度的上述关系实现电机转子初始位置的标定以及电机转子位置检测结果的校验。

由于增量式齿轮编码器输出信号仅能反映位置变化的增量信息θ_Δ，为准确获取转子位置角θ，需要借助增量式齿轮编码器输出的参考零位脉冲Z信号实现电机转子初始位置θ₀的检测，在此基础上转子位置角的计算公式表示为：θ＝θ₀+θ_Δ。

所述的电机转子位置增量θ_Δ＝θ_ΔI+θ_ΔF，其中θ_ΔI为位置的整量信息，增量式齿轮编码器的弦波信号齿层的齿数为N，齿轮上相邻的两个齿经过感应头后产生一个完整周期的弦波信号，则齿轮每旋转一圈产生N个完整周期的弦波信号，经过电路整形处理并输入DSP的QEP电路进行4倍频后，对应4N个计数脉冲信号。根据上述计数脉冲可以计算得到与整数个计数脉冲相对应的整量角度θ_ΔI；位置的整量角度θ_ΔI并不精确，为实现两个计数脉冲之间位置的精细划分，本发明提出一种利用高速AD采样对两个计数脉冲之间所对应的空间位置进行精细计算的方法，基于该方法可以实现对分量角度信息θ_ΔF的获取。

所述的电机转子初始位置θ₀由编码器感应齿轮、感应头与电机定子、转子的相对安装位置所决定，主要包括以下两个部分：1)电机定子A相轴线与编码器感应头轴线的夹角θ₀₁；2)电机转子轴线与编码器感应齿轮参考零位齿轴线的夹角θ₀₂。齿轮编码器安装完成后θ₀即已经确定，且满足θ₀＝θ₀₁+θ₀₂，通过分别测定θ₀₁和θ₀₂计算θ₀的方法较难实现，本发明方法直接实现对θ₀₁和θ₀₂两部分角度和的测定。

本发明永磁电机转子绝对位置检测及初始位置标定方法步骤如下：

(1)计算转子位置增量角度θ_Δ

计算转子位置增量角度θ_Δ利用电机控制器的主中断程序实现。每隔固定的周期T_s获取一次所述的转子位置增量角度θ_Δ，每次获取转子位置增量角度θ_Δ过程均经历粗定位和精细定位两个阶段，在两个阶段分别完成整量角度值θ_ΔI和分量角度值θ_ΔF的计算；上述转子位置增量角度θ_Δ获取过程的起点为检测到编码器输出的零位Z信号的时刻，检测到Z信号后首先需要对脉冲计数值M进行清零操作；

计算粗定位阶段完成整量角度值θ_ΔI，具体过程为：增量式齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层上的齿转过感应头后，产生A、B两路相位互差π/2的正交弦波信号。假设齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层齿数为N，则感应齿轮每旋转1圈编码器输出2路正交的、包含N个完整周期的弦波信号，该信号经过电路整形后变为两路正交的数字方波信号

数字方波信号输入DSP的QEP电路进行4倍频后对应4N个计数脉冲信号，假设主中断周期为T_s，在主中断程序中通过读取DSP的QEP计数寄存器，得到的脉冲计数值为M，则整量角度值θ_ΔI的计算公式为：

计算精细定位阶段完成分量角度值θ_ΔF，具体过程为：分量角度值θ_ΔF定义为进行转子位置计算时刻之前最后一次产生的计数脉冲所对应的转子位置与当前转子所处实际位置间的角度差，其物理意义为编码器输出最后一个计数脉冲后转子又转过的不足整数脉冲所对应角度的微小角度值。在主中断程序中完成整量角度值θ_ΔI的计算后，马上启动电机控制器DSP的高速AD采样程序，对齿轮编码器输出的两路正交的弦波信号A、B在同一时刻进行采样，将采样得到的结果作商得到

对上式求反正切可以得到两路正交弦波信号的相位Θ；Θ与所需要得到的θ_ΔF具有对应关系，正交的弦波信号A、B经电路整形后得到正交的数字方波信号

根据采样时刻

数字信号的编码情况查表得到θ_ΔF＝Θ或者θ_ΔF＝Θ+π/2。

根据前述获取的整量角度值θ_ΔI和分量角度值θ_ΔF，完成转子位置增量角度θ_Δ的计算，计算公式为：θ_Δ＝θ_ΔI+θ_ΔF。

(2)标定转子位置初始角度θ₀

所述的转子位置初始角度θ₀的检测在编码器安装到电机上之后进行，除非更换或重新安装齿轮编码器，否则上述过程只需进行一次，转子位置初始角度θ₀的检测原理分析如下：

电机定子的线电压可以表示为：u_BC＝k_λ×cosθ，线电压u_BC呈现余弦变化规律。如果电机转子位置角θ计算正确，则上式成立，θ与u_BC的波形具有下述规律：θ＝0时u_BC取正向最大值，θ＝π时u_BC取负向最大值。

由前面的分析知道，电机转子位置角θ的计算公式为θ＝θ₀+θ_Δ，其中θ_Δ已在步骤(1)中获得，由于真实的转子位置初始角度θ₀未知，可以设定θ₀的估计值

并将

偏离θ₀的误差记为

则以

代替θ₀进行电机转子位置角θ的计算所产生的计算误差将完全由

决定。将

代入θ＝θ₀+θ_Δ得到：

通过调整

的数值，使得θ与u_BC的波形满足规律：θ＝0时u_BC取正向最大值，θ＝π时u_BC取负向最大值。记录上述规律成立时的

的数值，即可获得初始位置角

所述的转子位置初始角度θ₀的获取过程如下：

1)设定θ₀的估计值

以

代替θ₀并结合步骤(1)中得到的θ_Δ，完成电机转子位置角θ的计算，即θ＝θ₀+θ_Δ＝θ_Δ；

2)计算得到转子位置角θ的数字量通过D/A转换为模拟量并输出到示波器的第一通道中；

3)将电机定子B、C两相通过差分探头接入示波器的第二通道，通过示波器测量电机的线电压波形u_BC；

4)手动转动电机转子，使得电机转子匀速旋转2圈或以上，通过示波器屏幕观测并记录θ和u_BC两路模拟信号的相位差

5)利用公式

即可得到真实的电机初始位置角，完成了转子初始位置的标定，并得到任意时刻电机转子位置，计算公式为：θ＝θ₀+θ_Δ；

(3)计算转子位置角θ

本发明所提出的电机转子位置角θ的计算公式为：θ＝θ₀+θ_Δ，在分别获取转子初始位置角θ₀和转子位置增量角θ_Δ的基础上，利用上述公式可以计算得到转子位置角θ。

(4)进行转子位置检测及初始位置标定结果的校验

为对转子位置检测及初始位置标定结果进行校验，重复进行步骤(2)中2)、3)、4)步的操作，通过示波器观测θ和u_BC两路模拟信号的相位差

如果

则表明校验通过。

本发明实现了对永磁同步电机转子初始位置标定方法的简化，在对电机转子增量位置角高精度检测的基础上，首先将电机转子位置初始角θ₀设为零，通过示波器读取电机转子位置角θ和u_BC两路模拟信号的相位差

则

即可完成电机转子位置初始角θ₀的标定。电机转子位置初始角的标定利用本发明所提出的转子位置计算程序进行，无需额外增加专用的标定软件及硬件检测电路，且标定过程中不需要为电机控制器提供高压强电，在获得电机转子初始位置角的过程中同步完成了对所获得的标定结果的校核，校核过程可以充分验证所获得的电机转子位置初始角θ₀以及电机转子位置θ计算程序的正确性。

附图说明

图1为增量式齿轮编码器及其在永磁同步电机上的安装示意图；

图2为基于增量式齿轮编码器的永磁电机转子绝对位置检测原理示意图；

图3为增量式齿轮编码器输出信号处理电路原理图；

图4为增量式齿轮编码器输出信号时序及电机转子增量位置θ_Δ的获取原理；

图5为转子增量位置角θ_Δ的分量角度值θ_ΔF与

信号编码对应关系表；

图6为θ相位超前于定子线电压u_BC相位示意图，超前的相位角度

图7为θ相位超前于定子线电压u_BC相位示意图，超前的相位角度

图8为θ₀标定完成后转子位置θ与定子线电压u_BC同相位示意图；

图9为θ₀标定完成后示波器实测得到的转子位置θ与定子线电压u_BC的波形。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1为增量式齿轮编码器结构以及与永磁同步电机安装关系图。所述的增量式齿轮编码器由感应头2及编码器感应齿轮3组成，编码器感应齿轮3安装在永磁同步电机转轴4上并与永磁电机转轴4及电机转子5同步旋转，编码器的感应头2安装在电机后端盖1上并与电机的定子6在空间上保持固定的相对位置。

图2为本发明永磁电机转子绝对位置检测原理示意图。将永磁电机的转子5以及定子6投影到齿轮编码器齿轮所在的平面7上，编码器的感应齿轮上设置有A、B弦波信号齿层8和参考零位Z信号齿层9，弦波信号齿层8上均布了总数为N的齿，参考零位Z信号齿层9上设有一个参考零位齿10。编码器感应齿轮3随着电机转子同步旋转时，设置有磁感应芯片的编码器感应头2即可检测出电机转轴4转过的角度，并输出弦波信号A、B以及零位信号Z。

如图2所示，齿轮编码器完成在电机上的安装后，编码器的感应头2、感应齿轮3与电机转子5、电机定子绕组A相轴线11的相对位置固定下来，与上述安装结果有关的角度主要包括以下两部分：1)电机定子A相轴线11与编码器感应头2轴线的夹角θ₀₁；2)电机转子5轴线与编码器感应齿轮参考零位齿10轴线的夹角θ₀₂。电机转子的初始位置角θ₀包含上述两部分，其计算公式为θ₀＝θ₀₁+θ₀₂。

如图2所示，电机转子位置增量角度值θ_Δ定义为编码器的参考零位齿10的轴线与感应头2的轴线之间的夹角，将编码器输出的信号A、B、Z经过电路处理及DSP的计算，可以得到θ_Δ。

在分别获取转子位置初始角θ₀和转子位置增量角度θ_Δ的基础上，可以获得需要的电机转子位置角θ，其计算公式为：θ＝θ₀+θ_Δ。

图3为增量式齿轮编码器输出信号处理电路原理图。编码器输出的两路正交弦波信号A、B经电路整形后得到正交的数字方波信号

编码器输出的零位信号Z经过电路整形后得到数字方波零位信号

信号接入DSP的QEP模块中，具体来说，

信号同时与DSP的QEPA管脚以及数字IO接口相连，

信号与DSP的QEPB管脚以及数字IO接口相连，

信号与DSP的QEPI管脚相连；同时，编码器输出的正交的弦波信号A、B接入高速AD采样电路，高速采样的结果通过数据总线送入DSP中完成后续计算。

图4为增量式齿轮编码器输出信号以及经过图3处理电路后产生的相应信号的时序图。DSP的QEP模块可以实现对方波信号

的上升、下降沿的识别，方波信号

的每个上升沿以及下降沿均对应的在QEP模块中产生一个计数脉冲，计数脉冲如图4(e)所示。

基于前述分析，本发明步骤如下：

(1)步骤一，计算转子位置增量角度θ_Δ，计算公式为θ_Δ＝θ_ΔI+θ_ΔF。其中θ_ΔI为整量角度值，θ_ΔF为分量角度值。

所述的转子位置增量角度θ_Δ的获取每隔固定的周期T_s进行一次，θ_Δ的计算程序位于电机控制的主中断程序中，T_s即为主中断程序的执行周期，这样可以保证θ_Δ的计算与电机控制主中断程序执行的同步。

如图4(d)所示，以数字零位信号

出现方波波形的时刻作为转子位置增量角度θ_Δ计算的起始时刻t₀，DSP的QEPI管脚检测到

信号后首先对图4(e)中的QEP脉冲计数值M进行清零操作，在第i次计算转子位置增量角度θ_Δ的时刻t_i到来时为例，t_i时刻读取DSP的QEP计数寄存器获得脉冲计数值并记录为M_i，则从起始时刻t₀到时刻t_i，电机转子转过的整量角度值θ_ΔI的计算公式为

计算误差为

当齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层的齿数N较小时，计算误差

会很大。为减小计算误差，本发明提出了实现θ_Δ精细定位的方法。如图4(a)所示，t_i时刻在主中断程序中完成整量角度值θ_ΔI的计算后，马上启动高速AD采样程序，对齿轮编码器输出的两路正交的弦波信号A、B在同一时刻进行采样，采样得到sinΘ和cosΘ，将上述结果作商得到

对上式求反正切可以的得到两路正交弦波信号的相位Θ,求解Θ的过程如图4(f)所示，t_i时刻Θ的取值为Θ_i；图4(b)、图4(c)中的正交数字方波信号

与DSP的数字IO接口相连，在t_i时刻通过读取IO口获得

的电平状态，查询图5所示的编码表可以得到θ_ΔF。具体来说，对于图4中的t_i时刻，由于

由图5知，θ_ΔF＝Θ_i+π/2。假设AD采样的频率为f_s,如图4(a)所示齿轮编码器输出的弦波信号的频率为f_AB，则θ_ΔF的计算误差可以表示为，

f_AB的最高频率一般不超过200kHz，若图3中AD采样电路的采样频率为f_s＝20MHz，则θ_ΔF的计算误差可以表示为，

可以看出，提高f_s可以减小

进而提高定位的精度。

(2)步骤二，标定转子初始位置角θ₀。

1)由于θ₀未知，设定θ₀的估计值

以

代替θ₀并结合第一步计算得到的θ_Δ，完成电机转子位置角θ的计算，即θ＝θ₀+θ_Δ＝θ_Δ；

2)计算得到转子位置角θ通过DSP的D/A模块转换为模拟量并输出到示波器的通道1中；

3)将电机定子B、C两相通过差分探头接入示波器的通道2，通过示波器测量电机的线电压波形u_BC；

4)手动转动电机转子，使得电机转子匀速旋转2圈或2圈以上，通过示波器屏幕观测并记录θ和u_BC等两路模拟信号的相位差

将

定义为θ取0值与u_BC取正向最大值所对应的相位之差：图6所示为当

时θ相位超前于定子线电压u_BC相位的情况；图7为当

时θ相位超前于定子线电压u_BC相位的情况；

5)利用公式

即可得到真实的电机转子初始位置角，则完成了θ₀由估计值

到真实值的标定。

(3)步骤三，计算电机转子位置角θ。

本发明所提出的电机转子位置角θ的计算公式为：θ＝θ₀+θ_Δ，在步骤一、步骤二分别获取转子位置增量角θ_Δ和转子位置初始角θ₀的基础上，利用上述公式可以计算得到转子位置角θ。

(4)步骤四，校验电机转子位置θ的计算结果及初始位置标定结果。

为了对步骤三中转子位置θ的计算结果进行校验，重复进行步骤二中的2)、3)、4)步的操作，通过示波器观测θ和u_BC两路模拟信号的相位差

如果

则表明校验通过，如图8所示，校验通过的标准为θ和u_BC同相位。由于θ＝θ₀+θ_Δ，完成θ的计算结果校验的同时，表明也同步完成了对θ₀标定结果的校验工作。

图9所示为通过示波器测得的电机转子位置θ与定子线电压u_BC的波形，表明电机转子位置θ的计算结果以及初始位置标定结果均通过了校验。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：所述的方法利用永磁同步电机编码器感应齿轮随着电机转子旋转时，设置有磁感应芯片的感应头检测出电机转子轴转动过的角度，并输出A、B、Z信号，编码器输出的两路正交弦波信号A、B经电路整形后得到正交的数字方波信号

编码器输出的零位信号Z经过电路整形后得到数字方波零位信号

经过电路整形处理并输入DSP的QEP电路进行4倍频后，对应4N个计数脉冲信号；根据上述计数脉冲可以计算得到与整数个计数脉冲相对应的整量角度θ_ΔI，利用高速AD采样对两个计数脉冲之间所对应的空间位置进行计算，实现对分量角度信息θ_ΔF的获取，计算电机转子位置增量θ_Δ＝θ_ΔI+θ_ΔF，标定转子位置初始角度θ₀，计算转子位置角θ，进行转子位置检测及初始位置标定结果的校验。

2.按照权利要求1所述的永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：所述的转子位置增量角度θ_Δ包括整量角度θ_ΔI及分量角度θ_ΔF两部分，利用高速AD采样对两个计数脉冲之间所对应的空间位置进行计算的方法，实现对分量角度θ_ΔF的获取，精确获取转子增量位置角θ_Δ的方法为：

每隔固定的周期T_s获取一次所述的转子位置增量角度θ_Δ，每次获取转子位置增量角度θ_Δ过程均经历粗定位和精细定位两个阶段，在两个阶段分别完成整量角度值θ_ΔI和分量角度值θ_ΔF的计算；上述转子位置增量角度θ_Δ获取过程的起点为检测到编码器输出的零位Z信号的时刻，检测到Z信号后首先需要对脉冲计数值M进行清零操作；

计算粗定位阶段完成整量角度值θ_ΔI的具体方法为：增量式齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层上的齿转过感应头后，产生A、B两路相位互差π/2的正交弦波信号；假设齿轮编码器感应齿轮的弦波信号齿层齿数为N，则感应齿轮每旋转1圈编码器输出2路正交的、包含N个完整周期的弦波信号，该信号经过电路整形后变为两路正交的数字方波信号

数字方波信号输入DSP的QEP电路进行4倍频后对应4N个计数脉冲信号，假设主中断周期为T_s，在主中断程序中通过读取DSP的QEP计数寄存器，得到的脉冲计数值为M，则整量角度值θ_ΔI的计算公式为：

计算精细定位阶段完成分量角度值θ_ΔF的具体方法为：分量角度值θ_ΔF定义为进行转子位置计算时刻之前最后一次产生的计数脉冲所对应的转子位置与当前转子所处实际位置间的角度差，其物理意义为编码器输出最后一个计数脉冲后转子又转过的不足整数脉冲所对应角度的微小角度值；在主中断程序中完成整量角度值θ_ΔI的计算后，马上启动电机控制器DSP的高速AD采样程序，对齿轮编码器输出的两路正交的弦波信号A、B在同一时刻进行采样，将采样得到的结果作商得到

对上式求反正切得到两路正交弦波信号的相位Θ；Θ与所需要得到的θ_ΔF具有对应关系，正交的弦波信号A、B经电路整形后得到正交的数字方波信号

根据采样时刻

数字信号的编码情况查表得到θ_ΔF＝Θ或者θ_ΔF＝Θ+π/2；

根据前述获取的整量角度值θ_ΔI和分量角度值θ_ΔF，完成转子位置增量角度θ_Δ的计算，计算公式为：θ_Δ＝θ_ΔI+θ_ΔF。

3.按照权利要求1所述的永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：所述的标定转子位置初始角度θ₀的方法如下：

所述的转子位置初始角度θ₀的检测在编码器安装到电机上之后进行，除非更换或重新安装齿轮编码器，否则上述过程只需进行一次，转子位置初始角度θ₀的检测原理分析如下：

电机定子的线电压可以表示为：u_BC＝k_λ×cosθ，线电压u_BC呈现余弦变化规律；如果电机转子位置角θ计算正确，则上式成立，θ与u_BC的波形具有下述规律：θ＝0时u_BC取正向最大值，θ＝π时u_BC取负向最大值；

设定θ₀的估计值

并将

偏离θ₀的误差记为

则以

代替θ₀进行电机转子位置角θ的计算所产生的计算误差将完全由

决定；将

代入θ＝θ₀+θ_Δ，得到：

通过调整

的数值，使得θ与u_BC的波形满足规律：θ＝0时u_BC取正向最大值，θ＝π时u_BC取负向最大值；记录上述规律成立时的

的数值，即可获得初始位置角

所述的转子位置初始角度θ₀的获取过程如下：

1)设定θ₀的估计值

以

代替θ₀并结合转子位置增量角度θ_Δ，完成电机转子位置角θ的计算，即θ＝θ₀+θ_Δ＝θ_Δ；

2)计算得到转子位置角θ的数字量通过D/A转换为模拟量，并输出到示波器的第一通道中；

3)将电机定子B、C两相通过差分探头接入示波器的第二通道，通过示波器测量电机的线电压波形u_BC；

4)手动转动电机转子，使得电机转子匀速旋转2圈或以上，通过示波器屏幕观测并记录θ和u_BC两路模拟信号的相位差

5)利用公式

即得到真实的电机初始位置角，完成了转子初始位置的标定，并得到任意时刻电机转子位置，电机转子位置角θ的计算公式为：θ＝θ₀+θ_Δ，式中，θ₀为转子初始位置角，θ_Δ为转子位置增量角。

4.按照权利要求3所述的永磁同步电机转子位置检测及初始位置标定方法，其特征在于：进行转子位置检测及初始位置标定结果的校验方法如下：

重复进行所述的步骤2)、3)、4)的操作，首先将电机转子位置初始角θ₀设为零，通过示波器读取电机转子位置角θ和u_BC两路模拟信号的相位差

则

即可完成电机转子位置初始角θ₀的标定。

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