[发明专利]一种基于角度传感器的无刷直流电机的换相方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁无刷直流力矩电机的快速标定换相方法，可用于光电吊舱力矩电机的精确换相控制，适用装有角度传感器的所有的无刷直流力矩电机。

背景技术

光电吊舱由稳定平台和有效载荷组成，稳定平台由陀螺、电机、角度传感器及结构件等组成。其中，稳定平台的控制精度直接决定了光电吊舱的稳定精度，进而决定了载荷的拍摄精度、画面质量等，因此必须实现稳定平台的高精度控制。永磁无刷直流力矩电机具有功率密度大，电磁转矩系数高等优点，是稳定平台系统驱动的理想选择。永磁无刷直流力矩电机一般都由内部安装的霍尔传感器进行换相，霍尔传感器一般安装在超前反电动势30度的位置，由于霍尔传感器存在安装误差和电机加工等原因，造成了永磁无刷直流力矩电机存在换相转矩脉动，换相转矩脉动的存在限制了其在低速、高精度伺服控制中的应用，因此在这方面的研究就显得非常重要且很有实际意义。

解决这一问题最根本的方法是要找到正确的换相点，目前有很多方法，比如采用电流检测或采用干扰观测器、卡尔曼滤波等对换相点进行校正等方法。这些方法虽然在克服转矩脉动方面有一定的效果，但均存在检测电路复杂、需要被控对象的精确模型，不能快速精确的确定换相点，工作量大等不足，不适于工程应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于角度传感器的永磁无刷直流力矩电机的换相方法，能够快速、有效地检测到无刷电机与角度传感器安装的精确相对位置、进而找到最佳的换相点，抑制电机换相引起的转矩脉动、提高系统的稳定精度。

本发明的技术解决方案是：一种基于角度传感器的无刷直流电机的换相方法，包括如下步骤：

(1)将角度传感器和无刷直流电机的转子同轴安装；

(2)对无刷直流电机中的三相进行通电，使得电流从其中任意一相向另外两相流动，待转子静止后记录角度传感器的值Pn-1，n为正整数；

(3)对无刷直流电机的转子先后两次施加不同的外力，使得转子旋转并先后静止在两个不同的静止位置，分别记录两个静止位置所对应的角度传感器的值Pn和Pn+1；

(4)判断(Pn+1-Pn)-(Pn-Pn-1)的绝对值是否小于μ，如果小于则将与Pn对应的转子位置记为无刷直流电机的零位，如果不小于则重复步骤(2)和(3)，直至确定出无刷直流电机的零位；所述的μ为误差判别阈值，取值越小零位查找精度越高；所述的μ≤10；

(5)以无刷直流电机的零位滞后或者超前30度作为换相点，依据各换相点所在的位置编制电机换相表，并依据电机换相表进行无刷直流电机的换相操作。

所述的电机换相表为：

其中m为电机的极对数，电机旋转一周角度为2ⁿ，+表示电流流入，-表示电流流出，A、B、C分别表示无刷直流电机的三相。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用角度传感器进行换相，相对于采用霍尔传感器进行换相，换相点精确，转矩脉动小；

(2)本发明方法可以快速标定电机与角度传感器的相对位置，有利于快速确定电机的换相点，从而进行精确换相；

(3)本发明方法不需要角度传感器和电机的精确定位安装，对角度传感器和电机的机械加工要求不高；

(4)本发明方法适用于所有安装角度传感器的无刷直流力矩电机，不需要任何电参数计算，极大地简化了调试人员的工作，节省了大量的人力物力，适用于工程应用；

(5)本发明方法无需额外增加控制电路，可移植强，换相性能可靠。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图；

图2为本发明三相桥式电路示意图；

图3为本发明反电动势波形示意图；

图4为采用本发明方法的硬件系统组成框图。

具体实施方式

以下以光电吊舱的方位轴为例，详细说明本发明的方法，流程如图1所示。

将光电吊舱的方位电机和方位角度传感器进行同轴安装，在此，角度传感器选用旋转变压器，只选用粗通道，分辨率为16位，测角精度为1角分，电机选用无刷直流力矩电机，10对极，三相120度安装，输出力矩为20000g.cm。安装时无刷直流电机、角度传感器及所有零件装配前必须清洗干净，不准带有毛刺及多余物。装配前，加入少量润滑脂，并保证摩擦力矩不大于200g.cm。