一种无人机无刷直流电机编码器与转子磁极相位对齐方法与流程

本发明涉及机载云台所用无刷直流电机启动校准与控制领域。具体涉及一种无人机无刷直流电机编码器与转子磁极相位对齐方法。适用于无刷直流电机控制领域，用于对绝对式编码器的相位进行对齐，以便达成对无刷直流电机进行FOC矢量控制的目标。

背景技术：

多旋翼无人机以其结构机动灵活等特点，使得在航拍摄影、地图测绘、侦察监视等行业的应用日趋广泛。在航拍应用中，航拍质量的高低取决于机载云台的控制精度。而机载云台的控制精度又取决于采集到的相机姿态数据精度。而要保证相机姿态测量的精度，一套良好的无刷直流电机控制方案是必须的。而电机控制算法中，FOC算法以其控制精度高、动态响应好而被越来越多的使用。要实现用FOC算法对无刷直流电机的进行矢量控制，就需要有一套编码器相位与转子磁极相位对齐的方案。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前存在的上述问题，提供一种无人机无刷直流电机编码器与转子磁极相位对齐方法，该方案具有使用简便、兼容性强等特点，在不改动硬件控制方案的同时，能够很方便的实现编码器相位与转子磁极相位的对齐，从而节省了实现零点校正的时间，降低了后期产品维护费用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种无人机无刷直流电机编码器与转子磁极相位对齐方法，包括以下步骤：

1、将编码器安装在电机轴上。

2、将电机驱动板上电机程序烧录口的时钟线与数据线短接。

3、将电机驱动板上的电源接口接入电源。

4、等看到轴动一下后停住后，用手分别尝试顺时针、逆时针旋转一定角度后，如果都能正确返回初始位置，则编码器相位与转子磁极相位自动对齐完毕。

5、断开电源线，并将电机驱动板上短接的时钟线与数据线移除。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明设计了一种无人机无刷直流电机编码器与转子磁极相位对齐方法，该方案操作简单。因此，在产品生产阶段能够节省实现零点校正的时间。

2、本发明在不改变外部硬件电路的情况下，充分利用现有资源，将主要的功能实现放到电机驱动软件中，由驱动程序自动检测、记录电机电角度的初始相位到电机驱动芯片中，因此，在产品售后服务中，能够有效减少维修时间、降低维护费用。

附图说明

图1为编码器的正视图；

图2为编码器电机的位置相对图；

图3为电机的正视图。

具体实施方式

以下结合机载云台无刷直流电机驱动板实例对本发明的技术方案做进一步描述。

一种无人机无刷直流电机编码器与转子磁极相位对齐方法，包括以下几个步骤：

步骤1，将机载云台无刷直流电机驱动板安装到电机轴上，请注意不要将电机轴的有效转动范围安装在编码器死区内。目的是使电机能够正常工作。

步骤2，将机载云台无刷直流电机驱动板上，电机程序烧录口的时钟线与数据线短接。目的是为了方便电机驱动程序能够有效区分当前的工作状态是正常工作状态，还是处于相位对齐的零点校正状态。

步骤3，将机载云台无刷直流电机驱动板上的电源接口接入4S即15V电源。目的是给电机驱动芯片及电机供电。上电前务必要注意电机与编码器要能顺畅转动不能有阻碍。

步骤4，等看到电机轴动一下停住后，编码器相位与转子磁极相位自动对齐完毕；此时，电机驱动程序已经完成了对电机电角度初始相位的检测，并将该检测值存储到了电机控制芯片中；

步骤5，断开电源线，并将电机驱动板上短接的时钟线与数据线移除。以便在电机驱动板再次供电时，电机驱动程序工作在正常的FOC矢量控制状态；

工作原理：

要达成FOC控制，就要使电机的初级电磁场与转子磁极永磁场正交，即波形互差90度电角度。只要能够检测到正弦型反电势波形的电角度相位，就可以得到与反电势波形一致的正弦型相电流。因此相位对齐就可以转化为编码器相位与转子磁极相位的对齐关系。

通常采用给电机绕组通以小于额定电流的直流电流使电机转子定向的方法来实现编码器与转子磁极的相位对齐。通电后，初级电磁场与磁极永磁场相互作用，定位至互差0度电角度的平衡位置上。然后，主控将当前编码器的实测位置存储在内部EEPROM中。最后程序正常运行时，主控从EEPROM中读取该位置信息用于相位对齐。驱动器任意时刻的位置检测数据与从上述EEPROM中读取的位置信息做差，然后根据极对数进行换算后，再加上-30度电角度，就可以得到该时刻的电机电角度相位；本方案仅适用于绝对式编码器，此外实施例4还有一种实施方法：等看到电机轴动一下停住后，用手分别尝试顺时针、逆时针旋转一定角度后，如果都能正确返回初始位置，则编码器相位与转子磁极相位自动对齐完毕。此时，电机驱动程序已经完成了对电机电角度初始相位的检测，并将该检测值存储到了电机控制芯片中。