CN116545321A - 对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法及电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，包括以下步骤：S1、电机初始化运行，控制电机带动旋转变压器旋转生成Ts个周期的正余弦信号；S2、将每个周期平均划分为4个部分，同时将连续的X个周期划分为4X个分区，其中X为旋转变压器的极对数，Ts≥X；S3、对每个对极分别求正余弦信号最值的平均值；S4、计算各个分区的比值Ratio_i，比值Ratio_i的计算方法为，将与所述分区相邻的正弦信号最值的平均值除以余弦信号最值的平均值，并取绝对值；S5、在电机运行至不同的分区时，使用对应分区的比值Ratio_i对余弦信号进行补偿，并利用正弦信号和补偿后的余弦信号计算旋转变压器的当前角度θ。

Description

对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法及 电机
技术领域
本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法及电机。
背景技术
磁阻式旋转变压器作为电机转子位置传感器，具有使用成熟、可靠性好、耐高温、高性价比的优势，在各个工业领域都有广泛的应用。电机上的旋转变压器可以测量位置，角度，速度等电机状态，实现电机的闭环控制。磁阻式旋转变压器为正余弦旋转变压器，是一种可旋转的变压器，其原、副边线圈均在定子上，转子设计为凸极结构，凸极数即为旋变的极对数，磁阻式旋变最小极对数为二。两相输出线圈与激励线圈互感，并随转子的位置变化，从而在输出线圈中耦合出与转子位置有关的正余弦电动势，即输出线圈与激磁线圈的耦合程度由转子的转角决定，输出电压的幅值与转子角度呈正余弦函数关系。
如果两相的相位和幅值存在误差，则会引起旋转变压器的测角误差。正余弦信号的幅值和相位不同，主要由以下两个方面导致的：1)制作工艺因素，主要指激磁和信号线圈的不对称性对旋转变压器的影响。2)装配因素，主要指安装偏心和安装倾斜对旋转变压器的影响。
相关现有技术文献例如：1)磁阻式旋转变压器设计[J].佳木斯大学学报(自然科学版),2022,40(4):93-95,103.DOI:10.3969/j.issn.1008-1402.2022.04.023.；2)新型磁阻式旋转变压器相关问题研究[D].黑龙江:哈尔滨工业大学,2007.DOI:10.7666/d.D448115.
误差会导致正弦信号与余弦信号的幅值不同，正弦信号与余弦信号的幅值不同会导致解码结果出现误差，从而影响速度环与电流环的控制，导致电机运行过程出现抖动，不稳等问题。如果在理想情况且旋变只有一极时，那么可以通过测算正弦信号与余弦信号的幅值，再通过补偿信号幅值的不同，但现实情况往往是复杂的，在实际情况下，不存在只有一级的磁阻式旋转变压器，因此多极对数就会导致不同极下的偏差是不同的，如果只是单一的补偿值，那将很难达到理想效果。因此针对多对极的磁阻式旋转变压器如何不断提高角度测算的精确度，是本领域要解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，包括以下步骤：
S1、电机初始化运行，控制电机带动旋转变压器旋转生成Ts个周期的正余弦信号；
S2、将每个周期平均划分为4个部分，同时将连续的X个周期划分为4X个分区，其中X为旋转变压器的极对数，Ts≥X；
S3、对每个对极分别求正余弦信号最值的平均值；
S4、计算各个分区的比值Ratio_i，比值Ratio_i的计算方法为，将与所述分区相邻的正弦信号最值的平均值除以余弦信号最值的平均值，并取绝对值；
S5、在电机运行至不同的分区时，使用对应分区的比值Ratio_i对余弦信号进行补偿，并利用正弦信号和补偿后的余弦信号计算旋转变压器的当前角度θ。
优选地，在所述步骤S1中Ts≥3X。
优选地，所述步骤S2的具体划分方法为：将第1个周期的4个部分按正方向划分为分区1至分区4，第2个周期的4个部分按正方向划分为分区5至分区8，以此类推直至完成4X个分区的划分，其中正弦信号比余弦信号超期90度为正方向；
优选地，所述第1周期中的分区1至分区4中的正余弦信号的正负趋势如下，其中SIN表示正弦信号，COS表示余弦信号：
分区1，SIN≥0且COS＜0；
分区2，SIN≥0且COS≥0；
分区3，SIN＜0且COS≥0；
分区4，SIN＜0且COS＜0；
所述其他周期中的4个分区的正余弦信号的正负趋势与第1周期相同。
优选地，所述步骤S3包括以下子步骤：
子步骤S31，对Ts个周期的正余弦信号的最值按对极进行累加，得到每个对极的正余弦信号最值的累加值；
子步骤S32，对每个对极的正余弦信号最值的累加值进行平均，得到每个对极的正余弦信号最值的平均值；
每个对极的正余弦信号最值的平均值包括，正弦信号最大值的平均值、正弦信号最小值的平均值、余弦信号最大值的平均值和余弦信号最小值的平均值
优选地，所述步骤S5中按如下公式计算旋转变压器的当前角度θ：
优选地，当旋转变压器转动后，在所述步骤S2和S5中判断分区变化的方法为：当正弦信号和余弦信号中有且仅有一个信号的正负发生了改变，即判断分区发生了变化。
本发明还提供一种电机，包括磁阻式旋转变压器，控制电机每次上电后按前述方法对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿。
与现有技术相比，本发明有效改善了旋转变压器角度测算的精确度，减少了的正弦信号与余弦信号之间幅值不同导致的误差，提高电机的可控性。
附图说明
图1是本发明的补偿方法与现有技术的补偿方法的区别示意图；
图2为实施例1的正余弦信号示意图；
图3为实施例1中划分分区时分区号增加或减少的判断逻辑图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式提供一种对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，包括以下步骤：
S1、电机初始化运行，控制电机带动旋转变压器旋转生成Ts个周期的正余弦信号；
S2、将每个周期平均划分为4个部分，同时将连续的X个周期划分为4X个分区，其中X为旋转变压器的极对数，Ts≥X；
S3、对每个对极分别求正余弦信号最值的平均值；
S4、计算各个分区的比值Ratio_i，比值Ratio_i的计算方法为，将与所述分区相邻的正弦信号最值的平均值除以余弦信号最值的平均值，并取绝对值；
S5、在电机运行至不同的分区时，使用对应分区的比值Ratio_i对余弦信号进行补偿，并利用正弦信号和补偿后的余弦信号计算旋转变压器的当前角度θ。
本发明具体实施方式的补偿方法与现有技术的补偿方法的区别如图1所示。
实施例1
本实施例以三对极旋转变压器为例进一步详细说明。
在步骤S1中，电机初始化运行，控制电机带动旋转变压器运行，设定预设时间或预设周期数Ts，生成并获取旋转变压器产生的Ts个周期的正余弦信号。其中预设周期数Ts至少为3个周期，即大于等于旋转变压器的极对数，三对极旋转变压器转子实际转一圈产生正好3个周期的正余弦信号；更优的，周期数更多，有利于提高补偿精度，优选地Ts≥3X，X为旋转变压器的极对数。
在步骤S2中，将每个周期平均划分为4个部分，同时将连续的X个周期划分为4X个分区。在本实施例中，共分为12个分区。更具体地，将第1个周期的4个部分按正方向划分为分区1至分区4，第2个周期的4个部分按正方向划分为分区5至分区8，以此类推直至完成4X(12)个分区的划分，其中正弦信号比余弦信号超期90度为正方向；
如图2所示，所述第1周期中的分区1至分区4中的正余弦信号的正负趋势如下，其中SIN表示正弦信号，COS表示余弦信号：
分区1，SIN≥0且COS<0；
分区2，SIN≥0且COS≥0；
分区3，SIN<0且COS≥0；
分区4，SIN<0且COS<0；
所述其他周期中的4个分区的正余弦信号的正负趋势与第1周期相同。
需要说明的是将第1个周期的4个部分按正方向划分为分区1至分区4的过程，并非是先从分区1开始依次划分的，因为电机刚上电初始化开始转动时其初始位置并不确定，可以在任意一个分区中。因此在初始化电机刚上电时，先根据正余弦信号的正负趋势判断旋转变压器当前的分区，随着电机带动旋变转动，当SIN信号和COS信号中有且仅有一个信号的正负符号发生了改变，那么说明分区产生了变换。当产生分区变换时，再根据正弦信号和余弦信号的正负符号哪个发生的变化判断电机是正转还是反转，正转的分区加1，反转的分区减1，判断过程示例性地如图3所示。例如初始位置为分区2，当分区产生了变换，当电机正转时该位置的分区为分区3，当电机反转时该位置的分区为分区1，然后此类推直至完成12个分区的划分。其中，正转时在满足分区大于12时置1，反转时在满足分区小于1时置12。此外判断电机是正转还是反转也可以根据初始位置的分区以及在初始位置的分区内的正余弦信号的值的变化趋势来判断。
具体的，步骤S3包括以下子步骤：
子步骤S31，对Ts个周期的正余弦信号的最值按对极进行累加，得到每个对极的正余弦信号最值的累加值；
子步骤S32，对每个对极的正余弦信号最值的累加值进行平均，得到每个对极的正余弦信号最值的平均值；
每个对极的正余弦信号最值的平均值包括，正弦信号最大值的平均值、正弦信号最小值的平均值、余弦信号最大值的平均值和余弦信号最小值的平均值。
子步骤S31中，每个对极的正余弦信号最值的累加值；三对极旋转变压器的正余弦信号最值的累加值具体包括如下12个数据：
第一对极正弦信号最大值的累加值SINMAX_SUM_1，第二对极正弦信号最大值的累加值SINMAX_SUM_2，第三对极正弦信号最大值的累加值SINMAX_SUM_3；
第一对极正弦信号最小值的累加值SINMIN_SUM_1，第二对极正弦信号最小值的累加值SINMIN_SUM_2，第三对极正弦信号最小值的累加值SINMIN_SUM_3；
第一对极余弦信号最大值的累加值COSMAX_SUM_1，第二对极余弦信号最大值的累加值COSMAX_SUM_2，第三对极余弦信号最大值的累加值COSMAX_SUM_3；
第一对极余弦信号最小值的累加值COSMIN_SUM_1，第二对极余弦信号最小值的累加值COSMIN_SUM_2，第三对极余弦信号最小值的累加值COSMIN_SUM_3。
最值累加的方法，SIN与COS正好相差90度，则当SIN或COS中有一个信号为零时，另一个信号处于最值状态，根据信号分区变换，判断此时的最值信号值应保存在哪个数据中，如图2所示。
举例说明：当前分区处于分区3时，此时，COS信号变化至零，说明SIN此时趋向最值，再判断旋变是向正方向转动，且此时SIN信号为负，可知此时应将当前SIN的最值累加至SINMIN_SUM_1。
举例说明：当前分区处于分区2时，此时，COS信号变化至零，说明SIN此时信号趋向最值，再判断旋变是向负方向转动，且此时SIN信号为负，可知此时应将当前SIN的最值累加至SINMAX_SUM_1。以此类推。
在子步骤S32中，对每个对极的正余弦信号最值的累加值进行平均，得到每个对极的正余弦信号最值的平均值，三对极旋转变压器的正余弦信号最值的平均值具体包括如下12个数据：
第一对极正弦信号最大值的平均值SINMAX1，第二对极正弦信号最大值的平均值SINMAX2，第三对极正弦信号最大值的平均值SINMAX3；
第一对极正弦信号最小值的平均值SINMIN1，第二对极正弦信号最小值的平均值SINMIN2，第三对极正弦信号最小值的平均值SINMIN3；
第一对极余弦信号最大值的平均值COSMAX1，第二对极余弦信号最大值的平均值COSMAX2，第三对极余弦信号最大值的平均值COSMAX3；
第一对极余弦信号最小值的平均值COSMIN1，第二对极余弦信号最小值的平均值COSMIN2，第三对极余弦信号最小值的平均值COSMIN3。
在步骤S4中、比值Ratio_i的计算方法为，将与所述分区相邻的正弦信号最值的平均值除以余弦信号最值的平均值，并取绝对值；三对极旋转变压器的比值Ratio_i共有12个，具体如下：其中分区i用ZONE_i表示。
ZONE_1：ZONE_2：/>
ZONE_3：ZONE_4：/>
ZONE_5：ZONE_6：/>ZONE_7：ZONE_8：/>ZONE_9：/>ZONE_10：ZONE_11：/>ZONE_12：/>
所述步骤S5中根据当前旋变所处的分区，先将当前的COS信号值乘以分区所对应的比值，然后再进行反正切计算，即按如下公式计算旋转变压器的当前角度θ：
可以得到一个更加精准的角度θ，至此，完成一次旋转编码器分区解码补偿。
本实施例的方法采用分区的思想，在不同的分区使用不同的补偿幅值，这样可以尽可能的避免各种原因导致的幅值误差，减小对控制效果的影响，有效改善了角度测算的精确度，减少了的SIN与COS之间幅值不同导致的误差，提高电机的可控性。
实施例2
本实施例提供一种电机，电机包括磁阻式旋转变压器，在控制电机每次上电后按实施例1中的方法对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿。

Claims (8)

1.一种对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、电机初始化运行，控制电机带动旋转变压器旋转生成Ts个周期的正余弦信号；
S2、将每个周期平均划分为4个部分，同时将连续的X个周期划分为4X个分区，其中X为旋转变压器的极对数，Ts≥X；
S3、对每个对极分别求正余弦信号最值的平均值；
S4、计算各个分区的比值Ratio_i，比值Ratio_i的计算方法为，将与所述分区相邻的正弦信号最值的平均值除以余弦信号最值的平均值，并取绝对值；
S5、在电机运行至不同的分区时，使用对应分区的比值Ratio_i对余弦信号进行补偿，并利用正弦信号和补偿后的余弦信号计算旋转变压器的当前角度θ。
2.根据权利要求1所述的对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，在所述步骤S1中Ts≥3X。
3.根据权利要求1所述的对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，所述步骤S2的具体划分方法为：
将第1个周期的4个部分按正方向划分为分区1至分区4，第2个周期的4个部分按正方向划分为分区5至分区8，以此类推直至完成4X个分区的划分，其中正弦信号比余弦信号超期90度为正方向。
4.根据权利要求3所述的对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，所述第1周期中的分区1至分区4中的正余弦信号的正负趋势如下，其中SIN表示正弦信号，COS表示余弦信号：
分区1，SIN≥0且COS＜0；
分区2，SIN≥0且COS≥0；
分区3，SIN＜0且COS≥0；
分区4，SIN＜0且COS＜0；
所述其他周期中的4个分区的正余弦信号的正负趋势与第1周期相同。
5.根据权利要求1所述的对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：
子步骤S31，对Ts个周期的正余弦信号的最值按对极进行累加，得到每个对极的正余弦信号最值的累加值；
子步骤S32，对每个对极的正余弦信号最值的累加值进行平均，得到每个对极的正余弦信号最值的平均值；
每个对极的正余弦信号最值的平均值包括，正弦信号最大值的平均值、正弦信号最小值的平均值、余弦信号最大值的平均值和余弦信号最小值的平均值。
6.根据权利要求1所述的对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，所述步骤S5中按如下公式计算旋转变压器的当前角度θ：
7.根据权利要求1所述的对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿的方法，其特征在于，当旋转变压器转动后，在所述步骤S2和S5中判断分区变化的方法为：当正弦信号和余弦信号中有且仅有一个信号的正负发生了改变，即判断分区发生了变化。
8.一种电机，其特征在于，包括磁阻式旋转变压器，控制电机每次上电后按权利要求1至7中任一项的所述方法对磁阻式旋转变压器的正余弦信号解码进行补偿。
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