一种电机伺服系统中转子绝对位置的测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电机伺服系统中转子绝对位置的测量方法，将电机与位置传感器组合成一体，利用预定位提供的位置信息和传感器提供的相对位置信息和节距信息，通过适当的方法重新组合上述位置信息，获得电机转子的绝对位置信息。本发明专利技术不需要零位指示器，断电后，通过电机转子的预定位获取电机转子相对系统零位的绝对位置，与粗精耦合双速旋变系统相比，用简单可靠的传感器获得高精度的绝对位置信息，简化并减小一体化高性能伺服电机的结构，使之更加紧凑，减小了体积，同时减少了信号处理电路和粗精耦合运算，与粗精耦合双速旋变系统相比，提高了性价比，降低了复杂程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是利用与多极旋转变压器工作原理相类似的位置传感器获得电机转子绝对位置的方法，适用于伺服驱动机电一体化产品、伺服仪表、伺服转台、电动汽车等应用领域。
技术介绍
电机伺服系统中经常要用到位置传感器，旋转变压器或感应同步器是其中常用的位置传感器。在绝对位置伺服系统中，一般通过双通道测角系统获得绝对位置信息，如旋转变压器粗精耦合方式；对于有限转角的绝对位置伺服系统，也有使用多极磁阻旋转变压器或多极旋转变压器作为绝对位置传感器的情况，如2006年全国第12届空间及运动体控制 技术学术年会论文《高精度摆动扫描电机与控制系统研究》中提及的双速旋转变压器中的32对极精机。旋转变压器粗精耦合方式一般有以下几种形式一对极旋转变压器和多极旋转变压器耦合、一对极旋转变压器和多极感应同步器耦合、一对极感应同步器和多极感应同步器耦合、一对极旋转变压器和多极磁阻旋转变压器耦合、一对极磁阻旋转变压器和多极磁阻旋转变压器耦合。《惯性器件》上册第289-295页对双通道测角系统进行了详细的阐述，提到全角测量有3种方案，其中的第二种方案是精通道设有测角传感器，粗通道未设测角传感器，粗通道的读数是依靠精通道的信息借助可逆计数器来形成。当精通道测角传感器完成一个编码周期进入下一个编码周期，即寄存器的数码由最大值转入最小值(过零)开始重新计数时，可逆计数器加I ;当精通道测角传感器没有完成一个编码周期退回到前一个编码周期，即寄存器没有填满便退回最小值(过零)转为寄存最大码值时，可逆计数器减1，将寄存器和可逆计数器的计数耦合便得到第二方案的全角编码。第二种方案由于无粗通道测角传感器，其粗通道的读数是累积精通道测角传感器角度信息的增量，它不需要粗精计数耦合纠错，但是，也正因此它给不出绝对零点位置，当需要从某一绝对零点位置开始测量时，需要增加一个零位指示装置，从零位开始测量时，零位指示装置发出一个脉冲，将粗通道计数清零，并开始计数。第二种方案的另一个缺点是它没有恢复能力，一旦断电，需要一切从头开始。常亚辉在其硕士论文《基于陀螺加速度计一体化的无刷电机驱动电路实现》中利用64对极磁阻旋转变压器作为6对极无刷直流力矩电机的磁极位置传感器实现对电机的驱动控制，文中利用电机转子的预定位实现电机磁极初始位置的确定，然后利用旋变输出的相对位置和节距数综合得到转子的绝对位置，进而实现对无刷直流力矩电机的驱动控制。2008年第2期(总第24期)的《导航与控制》发表的《多极磁阻式旋转变压器数字测角系统设计》一文利用FPGA实现了 64对极磁阻旋变的励磁和测角电路。可以看出常亚辉在其硕士论文中利用电机转子的预定位产生初始零位信号，完成《惯性器件》上册P294页提及的零位指示装置的功能，不足点是其只能用于电机转子磁极的定位，实现磁极传感器的作用，无法应用于电机转子相对系统零位的绝对位置确定，无法起到电机伺服系统中绝对位置传感器的作用。换言之，在该论文中，预定位的目的只是为了实现电机转子磁极与电机定子绕组通电形成的恒定磁场方向对齐，以便产生初始零位，但该初始零位不是唯一的，其数量与电机转子的极对数相同，且在初始零位多极磁阻旋转变压器输出的相对位置角不是唯一的。因此，该论文是用电机预定位方法实现电机转子磁极作为初始零位的功能，仍然具有《惯性器件》上册P294页提及的第二种方案的缺点无法给出绝对零点位置，没有恢复能力，一旦断电，需要一切从头开始。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供，本专利技术仅利用位置传感器输出的相对位置角和节距数间接获得电机转子的绝对位置信息，减小了伺服电机的结构，并且测量精度高。本专利技术的技术解决方案为，步骤如下 (I)将能够测量相对位置角与节距数的位置传感器与电机同轴刚性连接或将电机与能够测量相对位置角与节距数的位置传感器组合成一体化伺服电机，使能够测量相对位置角与节距数的位置传感器与电机的转子相对各自定子转过的机械角度相同；(2)利用定位方法将所述位置传感器转子依次定位到M个确定位置，在每一个确定位置测量得到所述位置传感器转子的绝对位置角、相对位置角和节距数，建立所述位置传感器转子的相对位置角与节距数之间一一对应的映射关系，其中M > 2 ;(3)利用与步骤(2)相同的定位方法，将所述位置传感器转子定位到步骤(2)M个确定位置中的任意一个位置，测量得到所述位置传感器转子的相对位置角，利用步骤(2)建立的所述位置传感器转子的相对位置角与节距数之间一一对应的映射关系，得到在该确定位置与所述位置传感器转子的相对位置角相对应的初始节距数；(4)在步骤(3)的基础上，当所述位置传感器转子继续转动时，利用所述位置传感器测量得到所述位置传感器转子当前位置的相对位置角；利用所述位置传感器转子转动过程中产生的节距信号对步骤(3)得到的初始节距数进行可逆计数得到所述位置传感器转子当前位置的节距数；(5)在步骤(4)的基础上，利用所述位置传感器转子当前位置的节距数和所述位置传感器转子当前位置的相对位置角，计算得到所述位置传感器转子当前位置的绝对位置角，从而得到电机伺服系统中转子的绝对位置。所述定位方法采用电机通电预定位、伺服系统机构定位或者电机定位力矩自定位。当定位方法采用电机通电预定位时，M的数值由电机转子的极对数或齿数与电机定子绕组通电拍数的最小公倍数决定；当定位方法采用伺服系统机构定位时，则M的数值由端齿盘的齿数决定；当定位方法采用电机定位力矩自定位时，M的数值由电机转子的极对数或齿数决定。所述位置传感器采用多极对称结构形式，极对数N > 2，当位置传感器的转子相对定子转动不超出一个极距时，位置传感器输出一个节距内的相对位置角；当位置传感器的转子相对定子转动超出一个极距时，位置传感器输出下一个节距内的相对位置角和一个节距信号。所述步骤(2)中建立所述位置传感器转子的相对位置角与节距数之间一一对应映射关系的方法为利用定位方法测量得到全部M个确定位置所述位置传感器转子的相对位置角α ω、绝对位置角Θ⑴与节距数？(1)，确定位置传感器转子的相对位置角α ω与节距数Ρω之间一一对应的映射关系θ ω = (α ω-α0)±ρωχ Y , i e ；其中Υ为已知位置传感器的节距角；为伺服系统零位的相对位置角，是伺服系统零位到位置传感器零位的机械角度，对于给定的伺服系统该角度是可测量得到的，当伺服系统零位与位置传感器零位重合时，α 0 = O;土为方向符号，当顺时针定义为正方向时，转子顺时针转动时取“ + ”号，逆时针转动时取号；当逆时针定义为正方向时，转子逆时针转动时取“ + ”号，顺时针转动时取号。所述步骤(3)中利用步骤(2)建立的所述位置传感器转子相对位置角与节距数之间一一对应的映射关系，得到在该确定位置与所述位置传感器转子的相对位置角相对应的初始节距数的实现方法为电机转子稳定在M个确定位置中的一个位置，根据所述位置传感器输出的转子相对位置角α，依据所述步骤(2)建立的相对位置角与节距数之间一一映射关系，得到该确定位置与所述位置传感器转子的相对位置角相对应的初始节距数Ptl : Θ ^=(α - α ο) 土P0X Y ;其中Θ ^为该确定位置与所述位置传感器转子的相对位置角相对应的初始绝对位置角，是电机转子相对伺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机伺服系统中转子绝对位置的测量方法，其特征在于步骤如下：(1)将能够测量相对位置角与节距数的位置传感器与电机同轴刚性连接或将电机与能够测量相对位置角与节距数的位置传感器组合成一体化伺服电机，使能够测量相对位置角与节距数的位置传感器与电机的转子相对各自定子转过的机械角度相同；(2)利用定位方法将所述位置传感器转子依次定位到M个确定位置，在每一个确定位置测量得到所述位置传感器转子的绝对位置角、相对位置角和节距数，建立所述位置传感器转子的相对位置角与节距数之间一一对应的映射关系，其中M≥2；(3)利用与步骤(2)相同的定位方法，将所述位置传感器转子定位到步骤(2)M个确定位置中的任意一个位置，测量得到所述位置传感器转子的相对位置角，利用步骤(2)建立的所述位置传感器转子的相对位置角与节距数之间一一对应的映射关系，得到在该确定位置与所述位置传感器转子的相对位置角相对应的初始节距数；(4)在步骤(3)的基础上，当所述位置传感器转子继续转动时，利用所述位置传感器测量得到所述位置传感器转子当前位置的相对位置角；利用所述位置传感器转子转动过程中产生的节距信号对步骤(3)得到的初始节距数进行可逆计数得到所述位置传感器转子当前位置的节距数；(5)在步骤(4)的基础上，利用所述位置传感器转子当前位置的节距数和所述位置传感器转子当前位置的相对位置角，计算得到所述位置传感器转子当前位置的绝对位置角，从而得到电机伺服系统中转子的绝对位置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦和平，陈育杰，夏刚，李庆敏，郑宏滨，王清正，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：