foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法技术

本发明专利技术公开了foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法，包括以下步骤：零点电角度对准，系统上电，对电机的a，b，c的三个电极施加电压，我们可以根据旋转电压矢量，找到电角度的零点的扇区位置为I扇区，这个时候对应的a，b，c三相的电压代码是100。本发明专利技术有益效果是：通过内置一套校准测试方法，自动测量带有磁编码器的无刷电机的电角度和机械角度之间偏差，修正磁编码器的输出为真实的电气角度，（从而使运行磁场定向FOC的算法的模块拿到正确的电角度，进行无刷电机的FOC控制），免去带有磁编码器的无刷电机进行手动校准，调整径向磁钢与电机定子的位置，提高生产速度和降低装配误差对电机性能的影响。

The calibration method of electric angle and mechanical angle of BLDCM with magnetic encoder driven by foc

【技术实现步骤摘要】
foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法
本专利技术涉及无刷电机校准方法
，特别涉及foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法。
技术介绍
随著稀土永磁材料的成熟和普及，无刷直流电机以其高效率，长寿命，低维护成本，低噪音，无火花等优势已经融入到不同行业的应用之中，而无刷直流电机有分为两类：有感无刷直流电机，无感无刷直流电机。无感无刷直流电机因为不需要复杂的外部传感器检测转子的电角度，控制器简单，其主要的应用领域是需要高速转动的航模的动力系统，但是无刷无感直流电机在启动和低速转动时，绕组线圈的电动势很小，而无法获得准确的换向信号，所以无感无刷直流电机的启动无法做到轻柔而且有时会失败，低速运转时会明显的感到卡顿。这现象在中高速阶段是不会出现的，但这也限制了无感无刷直流电机的应用领域--在低速大扭矩的应用场合，只能用有感无刷直流电机或者有刷电机。在无刷电机的控制算法中，有一个最为关键的参数是转子机械位置（实时电角度），无论是有感还是无感的控制都是需要知道转子的电角度的，而且是越准确越好，为此，我们提出foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法，可以有效解决
技术介绍
中的问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法，包括以下步骤：S1、零点电角度对准，系统上电，对电机的a，b，c的三个电极施加电压，我们可以根据旋转电压矢量，找到电角度的零点的扇区位置为I扇区，这个时候对应的a，b，c三相的电压代码是100，给定这个电压就可以使转子运动到I扇区位置并保持，此时我们可以确定下来的是电角度的零点的位置Eangle1=0°，这个时候我们通过磁编码器也可以得到一个角度，但是这个角度是机械角度Mangle1；S2、换向，给a，b，c加电压（电压代码110），这个时候的得到第二个机械角度Mangle2和电角度Eangle2=60°。此时，计算机械角度的增量:deltaMangle=Mangle2-Mangle1；S3、剔除掉错误的数据，可以根据每次的deltaMangle做数据合法性判断：首先推导出deltaMangle合法性的取值范围，单磁极对无刷电机的机械角度与电角度的关系，单磁极对的机械角度和电角度是一一对应的，在校准两者偏差之后，机械角度等于电角度，Efull=Mfull，那么我们可以归纳得出多磁极对的情况，电角度Efull所对应的机械角度为：Efull=Mfull/P，此处的P为磁极对数（这里取P=7），Mfull为360°即一个完整的圆周，所以可以得到下面的关于矢量扇区行程角度travelAngle公式:travelAngle=Mfull/P/S，Mfull为电机旋转一圈的度数360°，我们选取的是7个磁极对的无刷电机，设每个周期（范围是0-360°）的电角度为Efull，电机旋转（范围0-360°）的机械角度为Mfull，它们的关系如下：Efull=Mfull/7=51.42857°，上式表明的是:一个完整的电周期对应的机械角度是51.42857°，同时可以知道，一个Efull由6个非零矢量扇区组成，通过这两个条件，就可以计算得到每个矢量扇区对应的机械角度eSectorAngle=51.42857°/6=8.571428°，进而一个矢量扇区移动到相邻的扇区，需要走过的机械角度travelAngle=8.571428°，（但是由于电机制造过程中的定子的加工误差，磁钢的安装误差，转子的加工误差，等等因素，会导致这个travelAngle存在几度误差）因此，我们可以得到这个travelAngle取值范围（7.5°-10.2°），在这个范围10.2>deltaMangle>7.5°之中的，就说明这次的数据是可以进行计算的。否则要丢弃这一次的数据；S4、计算机械角度与电角度的转换方法，机械角度Mangle取值范围为（0°-359°）：表征的物理量是转子所在机械位置的角度，Eangle为电角度，表示的是三个绕组电压所形成的空间矢量的位置中的θ，我们需要对这个机械位置角度，进行变换，使机械位置角度变化周期跟随电周期（六个非零矢量扇区）变化，则有电角度Eangle与机械角度的转换公式:Eangle=Manglemod(Mfull/P)，P=7，这个公式可以使机械角度跟随电角度的周期变化；S5、计算偏移，由于Eangle可能会与真实电角度有固定的偏差，机械角度（Mangle）与电角度之间（Eangle）的偏移(EangleOffset)的关系：EangleOffset=Mangle*P-60°*k；S6、求平均值，重复操作步骤S2-步骤S5，我们最多可以得到(P*6-1，P=7)41个EangleOffset，选取一定数目的值进行相加后取平均值，就得到了一个准确的EangleOffset；S7、相位调整，真实的电角度偏移量为：MachineEangleOffset=180°-EangleOffset。进一步的，所述步骤S1中实际就是a处给高电压（电源电压VCC），b处给低电压（电源的GND），c处给低电压（电源的GND）。进一步的，所述步骤S2中实际就是a处给高电压（电源电压VCC），b处给高电压（电源的VCC），c处给低电压（电源的GND）让转子运动（60°的电角度）进入到第二个扇区（II扇区）的位置。进一步的，所述步骤S3中P为电机磁极对数，S为非零矢量扇区数为6。进一步的，所述步骤S5中的P为电机的磁极对数，我们选用的是7个磁极对的无刷电机，所以，P=7，K为当前所处在的扇区编号。进一步的，所述步骤S6中为提高校测速度，我们可以取10个左右的值进行相加后取平均值。进一步的，所述步骤S7中真实的电角度偏移量在FOC的机械角度转化为电角度作为一个补偿值加入到电角度中。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过内置一套校准测试方法，自动测量带有磁编码器的无刷电机的电角度和机械角度之间偏差，修正磁编码器的输出为真实的电气角度，（从而使运行磁场定向FOC的算法的模块拿到正确的电角度，进行无刷电机的FOC控制），免去带有磁编码器的无刷电机进行手动校准，调整径向磁钢与电机定子的位置，提高生产速度和降低装配误差对电机性能的影响。附图说明图1为本专利技术foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法的工艺流程示意图；图2为本专利技术foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法的电角度与机械角度示意图之一；图3为本专利技术foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法的电角度与机械角度示意图之二；图4为本专利技术foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法的对无刷电机的三绕组(a，b，c)施加不同电压的电压空间矢量图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、零点电角度对准，系统上电，对电机的a，b，c的三个电极施加电压，我们可以根据旋转电压矢量，找到电角度的零点的扇区位置为I扇区，这个时候对应的a，b，c三相的电压代码是100，给定这个电压就可以使转子运动到I扇区位置并保持，此时我们可以确定下来的是电角度的零点的位置Eangle1=0°，这个时候我们通过磁编码器也可以得到一个角度，但是这个角度是机械角度Mangle1；/nS2、换向，给a，b，c加电压（电压代码110），这个时候的得到第二个机械角度Mangle2和电角度Eangle2=60°,此时，计算机械角度的增量:deltaMangle=Mangle2-Mangle1；/nS3、剔除掉错误的数据，可以根据每次的deltaMangle做数据合法性判断：首先推导出deltaMangle合法性的取值范围，单磁极对无刷电机的机械角度与电角度的关系，单磁极对的机械角度和电角度是一一对应的，在校准两者偏差之后，机械角度等于电角度，Efull=Mfull，那么我们可以归纳得出多磁极对的情况，电角度Efull所对应的机械角度为：Efull=Mfull/P，此处的P为磁极对数（这里取P=7），Mfull为360°即一个完整的圆周，所以可以得到下面的关于矢量扇区行程角度travelAngle公式:travelAngle=Mfull/P/S，Mfull为电机旋转一圈的度数360°，我们选取的是7个磁极对的无刷电机，设每个周期（范围是0-360°）的电角度为Efull，电机旋转（范围0-360°）的机械角度为Mfull，它们的关系如下：Efull=Mfull/7=51.42857°，上式表明的是:一个完整的电周期对应的机械角度是51.42857°，同时可以知道，一个Efull由6个非零矢量扇区组成，通过这两个条件，就可以计算得到每个矢量扇区对应的机械角度eSectorAngle=51.42857°/6=8.571428°，进而一个矢量扇区移动到相邻的扇区，需要走过的机械角度travelAngle=8.571428°，（但是由于电机制造过程中的定子的加工误差，磁钢的安装误差，转子的加工误差，等等因素，会导致这个travelAngle存在几度误差）因此，我们可以得到这个travelAngle取值范围（7.5°-10.2°），在这个范围10.2>deltaMangle>7.5°之中的，就说明这次的数据是可以进行计算的,否则要丢弃这一次的数据；/nS4、计算机械角度与电角度的转换方法，机械角度Mangle取值范围为（0°-359°）：表征的物理量是转子所在机械位置的角度，Eangle为电角度，表示的是三个绕组电压所形成的空间矢量的位置中的θ，我们需要对这个机械位置角度，进行变换，使机械位置角度变化周期跟随电周期（六个非零矢量扇区）变化，则有电角度Eangle与机械角度的转换公式:Eangle=Mangle mod (Mfull/P)，P=7，这个公式可以使机械角度跟随电角度的周期变化；/nS5、计算偏移，由于Eangle可能会与真实电角度有固定的偏差，机械角度（Mangle）与电角度之间（Eangle）的偏移(EangleOffset)的关系：EangleOffset=Mangle*P-60°*k；/nS6、求平均值，重复操作步骤S2-步骤S5，我们最多可以得到(P*6-1，P=7)41个EangleOffset，选取一定数目的值进行相加后取平均值，就得到了一个准确的EangleOffset；/nS7、相位调整，真实的电角度偏移量为：MachineEangleOffset=180°-EangleOffset。/n...

【技术特征摘要】
1.foc驱动的无刷电机带磁编码器的电角度与机械角度的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、零点电角度对准，系统上电，对电机的a，b，c的三个电极施加电压，我们可以根据旋转电压矢量，找到电角度的零点的扇区位置为I扇区，这个时候对应的a，b，c三相的电压代码是100，给定这个电压就可以使转子运动到I扇区位置并保持，此时我们可以确定下来的是电角度的零点的位置Eangle1=0°，这个时候我们通过磁编码器也可以得到一个角度，但是这个角度是机械角度Mangle1；
S2、换向，给a，b，c加电压（电压代码110），这个时候的得到第二个机械角度Mangle2和电角度Eangle2=60°,此时，计算机械角度的增量:deltaMangle=Mangle2-Mangle1；
S3、剔除掉错误的数据，可以根据每次的deltaMangle做数据合法性判断：首先推导出deltaMangle合法性的取值范围，单磁极对无刷电机的机械角度与电角度的关系，单磁极对的机械角度和电角度是一一对应的，在校准两者偏差之后，机械角度等于电角度，Efull=Mfull，那么我们可以归纳得出多磁极对的情况，电角度Efull所对应的机械角度为：Efull=Mfull/P，此处的P为磁极对数（这里取P=7），Mfull为360°即一个完整的圆周，所以可以得到下面的关于矢量扇区行程角度travelAngle公式:travelAngle=Mfull/P/S，Mfull为电机旋转一圈的度数360°，我们选取的是7个磁极对的无刷电机，设每个周期（范围是0-360°）的电角度为Efull，电机旋转（范围0-360°）的机械角度为Mfull，它们的关系如下：Efull=Mfull/7=51.42857°，上式表明的是:一个完整的电周期对应的机械角度是51.42857°，同时可以知道，一个Efull由6个非零矢量扇区组成，通过这两个条件，就可以计算得到每个矢量扇区对应的机械角度eSectorAngle=51.42857°/6=8.571428°，进而一个矢量扇区移动到相邻的扇区，需要走过的机械角度travelAngle=8.571428°，（但是由于电机制造过程中的定子的加工误差，磁钢的安装误差，转子的加工误差，等等因素，会导致这个travelAngle存在几度误差）因此，我们可以得到这个travelAngle取值范围（7.5°-10.2°），在这个范围10.2>deltaMangle>7.5°之中的，就说明这次的数据是可以进行计算的,否则要丢弃这一次的数据；
S4、计算机械角度与电角度的转换方法，机械角度Mangle取值范围为（0°...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，李宾，彭需，
申请(专利权)人：深圳市星图智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44