CN114705117B - 一种旋转变压器的精度测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转变压器的精度测试方法，通过构建参考角度观测器，实时观测电机角度，作为精度测试的参考值，与旋转变压器的实时测量角度进行比较，以得到旋转变压器的精度测试结果。本发明能够在没有外部专业测试装置或额外位置检测装置的情况下，减少成本并提高测试性能。
Description
技术领域
本发明涉及旋转变压器领域，具体涉及旋转变压器的精度测试方法。
背景技术
永磁同步电机(PMSM)具有结构简单、控制灵活、功率密度高等优点，广泛的应用于航空航天、生物医疗、清洁能量等领域。PMSM转子位置高精度检测对于***控制精度的提升具有重要意义。目前PMSM常用的位置传感器包括:霍尔、光电码盘和旋转变压器等。其中，霍尔元件用于检测转子位置时具有体积小，价格低，易于实现等优点，但检测精度受安装位置精度和工作环境等因素影响较大；光电码盘具有较高的检测的精度，但用于航空航天领域时，光电码盘受振动冲击易损坏；旋转变压器基于电磁原理检测转子位置，具有检测精度高，可靠性好等优点，因此在航空航天等领域得到广泛应用。
相关技术中，在旋转变压器出厂时会利用外部专业测试装置或校准装置对旋转变压器进行精度测试，从而保证旋转变压器的精度。然而，在旋转变压器实际使用过程中，可能会因旋转变压器结构松动、定子和转子偏移、励磁信号失真以及谐波干扰等因素，导致旋转变压器的精度发生变化。然而，在旋转变压器出厂后的使用过程中，如何在没有外部专业测试装置或额外位置检测装置的情况下，对旋转变压器的精度进行测试，并提高测试性能、降低成本成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种旋转变压器的精度测试方法，能够在没有外部专业测试装置或额外位置检测装置的情况下，对旋转变压器的精度进行测试，并提高测试性能、降低成本。
本发明提供了一种旋转变压器的精度测试方法，包括：
步骤S1，精度测试开始时，根据电机数学模型构建参考角度观测器；
步骤S2，驱动电机以预定转速进行正方向稳定运行；
步骤S3，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流，利用参考角度观测器观测电机的参考角度；
步骤S4，在相同预定时间，对安装在电机上旋转变压器的输出电压信号进行采样，计算得到旋转变压器的测量角度；
步骤S5，分别在第1预定时间、第2预定时间、……、第N预定时间，重复步骤S3和步骤S4，得到N个参考角度θref1、……、θrefN和N个测量角度θrot1、……、θrotN，其中N≥2；
步骤S6，驱动电机以预定转速进行反方向稳定运行；
步骤S7，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流，利用参考角度观测器观测电机的参考角度；
步骤S8，在相同预定时间，对旋转变压器的输出电压信号进行采样，计算得到旋转变压器的测量角度。
步骤S9，分别在第N+1预定时间、……、第2N预定时间，重复步骤S7和步骤S8，得到N个参考角度θref(N+1)、……、θref2N和N个测量角度θrot(N+1)、……、θrot2N。
步骤S10，对步骤S5和步骤S9中2N个参考角度θref1、……、θref2N和2N个测量角度θrot1……、θrot2N分别进行比较，得到2N个角度误差θerr1、……、θerr2N；
步骤S11，对2N个角度误差θerr1、……、θerr2N求平均值，计算得到旋转变压器的精度。
进一步的，步骤S1还包括如下步骤：
步骤S1-1，构建电机数学模型；
步骤S1-2，根据电机数学模型构建参考角度观测器。
进一步的，所述电机数学模型为：
其中，为电机转子磁链在两相静止坐标系中的磁链分量，uα、uβ为电机输出电压在两相静止坐标系中的电压分量，iα、iβ为电机输出电流在两相静止坐标系中的电流分量，R为定子相电阻，L为电机励磁电感，t为时间。
进一步的，所述参考角度观测器为：
其中，θref为电机参考角度。
进一步的，步骤S3还包括如下步骤：
S3-1，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流；
S3-2，利用Clarke变换，将三相输出电压和三相输出电流转换为两相静止坐标系下的电压分量和电流分量；
S3-3，利用参考角度观测器，根据两相静止坐标系下的电压分量和电流分量观测电机的参考角度。
进一步的，步骤S7还包括如下步骤：
S7-1，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流；
S7-2，利用Clarke变换，将三相输出电压和三相输出电流转换为两相静止坐标系下的电压分量和电流分量；
S7-3，利用参考角度观测器，根据两相静止坐标系下的电压分量和电流分量观测电机的参考角度。
进一步的，θerr2N＝θrot2N-θref2N。
进一步的，所述旋转变压器为正余弦旋转变压器。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明能够在没有外部专业测试装置或额外位置检测装置的情况下，通过构建参考角度观测器，实时观测电机角度，作为精度测试的参考值，减少成本。
(2)本发明由于参考角度观测器和旋转变压器能够获得同一时刻的角度信息，所受外界干扰相同，因此能够提高提高旋转变压器的精度测试性能。
(3)本发明分别驱动电机以预定转速进行正方向、反方向稳定运行，能够整体测试旋转变压器的精度，进一步提高精度测试性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的旋转变压器的精度测试方法的流程图；
图2为本发明提供的旋转变压器精度测试方法中步骤S3的具体流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种旋转变压器的精度测试方法，能够在没有外部专业测试装置或额外位置检测装置的情况下，对旋转变压器的精度进行测试，并提高测试性能、降低成本。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明提供的一种旋转变压器的精度测试方法的流程图。本发明可适用于任何类型旋转变压器，特别是正余弦旋转变压器。该方法可以由旋转变压器的精度测试装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该精度测试方法具体包括如下步骤：
步骤S1，精度测试开始时，根据电机数学模型构建参考角度观测器。
具体的，本发明步骤S1还可以包括如下步骤：
步骤S1-1，构建电机数学模型：
其中，为电机转子磁链在两相静止坐标系中的磁链分量，uα、uβ为电机输出电压在两相静止坐标系中的电压分量，iα、iβ为电机输出电流在两相静止坐标系中的电流分量，R为定子相电阻，L为电机励磁电感，t为时间。
步骤S1-2，根据电机数学模型构建参考角度观测器：
其中，θref为电机参考角度。
在本发明中，省略外部专业测试装置或额外位置检测装置，仅通过构建参考角度观测器，实时观测电机角度，作为精度测试的参考值，减少成本。
步骤S2，驱动电机以预定转速进行正方向稳定运行。
在步骤S2中，可以采用模拟速度指令控制电机的转速，驱动电机以预定转速稳定运行，以避免电机转速剧烈变化，噪声精度误差。
步骤S3，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流，利用参考角度观测器观测电机的参考角度。
具体的，所述步骤S3还包括如下步骤，如图2所示：
S3-1，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流。
S3-2，利用Clarke变换，将三相输出电压和三相输出电流转换为两相静止坐标系下的电压分量和电流分量。
S3-3，利用参考角度观测器，根据两相静止坐标系下的电压分量和电流分量观测电机的参考角度。
步骤S4，在相同预定时间，对安装在电机上旋转变压器的输出电压信号进行采样，计算得到旋转变压器的测量角度。
在本发明中，由于参考角度观测器和旋转变压器能够获得同一时刻的角度信息，所受外界干扰相同，因此能够提高提高旋转变压器的精度测试性能。
步骤S5，分别在第1预定时间、第2预定时间、……、第N预定时间，重复步骤S3和步骤S4，得到N个参考角度θref1、……、θrefN和N个测量角度θrot1、……、θrotN，其中N≥2。
步骤S6，驱动电机以预定转速进行反方向稳定运行。
在步骤S6中，可以采用模拟速度指令控制电机的转速，驱动电机以预定转速稳定运行，以避免电机转速剧烈变化，噪声精度误差。
在本发明中，分别驱动电机以预定转速进行正方向、反方向稳定运行，能够整体测试旋转变压器的精度，进一步提高精度测试性能。
步骤S7，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流，利用参考角度观测器观测电机的参考角度。
具体的，所述步骤S7还包括如下步骤：
S7-1，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流。
S7-2，利用Clarke变换，将三相输出电压和三相输出电流转换为两相静止坐标系下的电压分量和电流分量。
S7-3，利用参考角度观测器，根据两相静止坐标系下的电压分量和电流分量观测电机的参考角度。
步骤S8，在相同预定时间，对旋转变压器的输出电压信号进行采样，计算得到旋转变压器的测量角度。
步骤S9，分别在第N+1预定时间、……、第2N预定时间，重复步骤S7和步骤S8，得到N个参考角度θref(N+1)、……、θref2N和N个测量角度θrot(N+1)、……、θrot2N。
步骤S10，对步骤S5和步骤S9中2N个参考角度θref1、……、θref2N和2N个测量角度θrot1……、θrot2N分别进行比较，得到2N个角度误差θerr1、……、θerr2N；其中
θerr2N＝θrot2N-θref2N
步骤S11，对2N个角度误差θerr1、……、θerr2N求平均值，计算得到旋转变压器的精度。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种旋转变压器的精度测试方法，其特征在于，包括：
步骤S1，精度测试开始时，根据电机数学模型构建参考角度观测器；
步骤S2，驱动电机以预定转速进行正方向稳定运行；
步骤S3，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流，利用参考角度观测器观测电机的参考角度；
步骤S4，在相同预定时间，对安装在电机上旋转变压器的输出电压信号进行采样，计算得到旋转变压器的测量角度；
步骤S5，分别在第1预定时间、第2预定时间、......、第N预定时间，重复步骤S3和步骤S4，得到N个参考角度θref1、......、θrefN和N个测量角度θrot1、......、θrotN，其中N≥2；
步骤S6，驱动电机以预定转速进行反方向稳定运行；
步骤S7，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流，利用参考角度观测器观测电机的参考角度；
步骤S8，在相同预定时间，对旋转变压器的输出电压信号进行采样，计算得到旋转变压器的测量角度；
步骤S9，分别在第N+1预定时间、......、第2N预定时间，重复步骤S7和步骤S8，得到N个参考角度θref(N+1)、......、θref2N和N个测量角度θrot(N+1)、......、θrot2N；
步骤S10，对步骤S5和步骤S9中2N个参考角度θref1、......、θref2N和2N个测量角度θrot1......、θrot2N分别进行比较，得到2N个角度误差θerr1、......、θerr2N；
步骤S11，对2N个角度误差θerr1、......、θerr2N求平均值，计算得到旋转变压器的精度；
步骤S1还包括如下步骤：
步骤S1-1，构建电机数学模型；
步骤S1-2，根据电机数学模型构建参考角度观测器；
所述电机数学模型为：
其中，为电机转子磁链在两相静止坐标系中的磁链分量，uα、uβ为电机输出电压在两相静止坐标系中的电压分量，iα、iβ为电机输出电流在两相静止坐标系中的电流分量，R为定子相电阻，L为电机励磁电感，t为时间。
2.根据权利要求1所述的旋转变压器的精度测试方法，其特征在于，所述参考角度观测器为：
其中，θref为电机参考角度。
3.根据权利要求1所述的旋转变压器的精度测试方法，其特征在于，所述步骤S3还包括如下步骤：
S3-1，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流；
S3-2，利用Clarke变换，将三相输出电压和三相输出电流转换为两相静止坐标系下的电压分量和电流分量；
S3-3，利用参考角度观测器，根据两相静止坐标系下的电压分量和电流分量观测电机的参考角度。
4.根据权利要求1所述的旋转变压器的精度测试方法，其特征在于，所述步骤S7还包括如下步骤：
S7-1，在预定时间，采样电机的三相输出电压和三相输出电流；
S7-2，利用Clarke变换，将三相输出电压和三相输出电流转换为两相静止坐标系下的电压分量和电流分量；
S7-3，利用参考角度观测器，根据两相静止坐标系下的电压分量和电流分量观测电机的参考角度。
5.根据权利要求1所述的旋转变压器的精度测试方法，其特征在于，
θerr2N＝θrot2N-θref2N。
6.根据权利要求1所述的旋转变压器的精度测试方法，其特征在于，所述旋转变压器为正余弦旋转变压器。
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