一种永磁同步电机旋变初始零位角校准系统及校准方法与流程

本发明涉及电机校准领域，尤其涉及一种永磁同步电机旋变初始零位角校准系统，还涉及一种基于所述校准系统的校准方法。

背景技术：

永磁同步电机转子的位置信息直接影响电机转矩控制、速度控制的精度和动态性能，需要安装位置传感器来获取电机转子的准确位置信息，通常采用旋转变压器来实现，旋转变压器用于各种伺服控制系统，而旋转变压器的零位角和永磁同步电机的零位角存在偏差，即通常说的零位初始角。永磁同步电机和旋转变压器的制作与安装公差又导致偏差不固定，因此需要采用一种方法对旋转变压器初始角度位置进行校准。

传统的零位初始角检测方法是预定位法，即给电机绕组通以额定电流大小的直流电流，或施加固定电角度的电压（电流）矢量，电机停稳之后读取的旋变角度即为零位初始角度。该方法电流施加为u相入，v相出，操作复杂。由于电机负载或电机摩擦转矩比较大时会有较大的检测误差，导致影响零位初始角度的精度。

另一种方法就是由稳速电机按规定的正方向拖动被测电机旋转，测量转子位置信号的过零点与电动机的u相绕组反电动势波形的过零点，通过调整位置传感器偏置值使两个过零点重合，此时位置传感器的偏置值即为零位位置。该方法采用人工校对，耗时较长，效率比较低。

技术实现要素：

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种永磁同步电机旋变初始零位角校准系统，还提供一种基于所述校准系统的校准方法。

本发明校准系统，包括上位机、校准台架，所述校准台架上设有带动被测电机转动的稳速电机、用于获取被测电机转矩的转矩仪，所述稳速电机包括稳速控制器和与稳速控制器相连的第一电机，被测电机包括被测控制器和与被测控制器相连的第二电机，所述第一电机和第二电机通过连接轴同轴连接，所述转矩仪与连接轴相连，所述上位机分别与转矩仪、被测控制器和稳速控制器相连，所述上位机控制被测电机和稳速电机运动。

本发明作进一步改进，所述校准台架上还设有触摸屏，所述触摸屏设置在转矩仪和上位机之间。

本发明作进一步改进，所述触摸屏和稳速控制器中设有终端电阻。

本发明作进一步改进，所述终端电阻的阻值为120欧姆。

本发明作进一步改进，所述上位机、触摸屏、转矩仪、稳速控制器、被测控制器之间通过can总线连接。

本发明作进一步改进，所述can总线采用屏蔽双绞线。

本发明还提供一种基于所述校准系统的校准方法，包括如下步骤：

s1：开始，设置第一电机、第二电机的额定电流和额定转速；

s2：零位粗调步骤：设置第一电机、第二电机的电流及转速，使第一电机和第二电机运行，运行稳定后，实时读取转矩仪的反馈转矩，并手动对旋变的位置进行粗调，直至反馈扭矩接近零；

s3：设置第一电机和第二电机的电流和转速，控制待测电机正转，记录反馈扭矩t1；以相同的电流和转速，控制待测电机反转，记录反馈扭矩t2；

s4：计算反馈扭矩t1和反馈扭矩t2的平均扭矩t3，手动调节旋变初始位置，使当前反馈扭矩等于平均扭矩t3，校准完成。

本发明作进一步改进，所述校准台架上还设有触摸屏，设置参数操作及电机运行指令通过触摸屏完成，并上传至上位机。

本发明作进一步改进，在步骤s2中，设置第一电机的电流为额定电流负常数的二分之一，第二电机的电流为零；转速为额定转速正常数的五分之一。

本发明作进一步改进，在步骤s3中，正转时，设置第一电机的电流为额定电流的负常数，第二电机的电流为额定电流正常数的四分之一；转速为额定转速的正常数；反转时，设置第一电机的电流为额定电流的正常数，第二电机的电流为额定电流负常数的四分之一；转速为额定转速的负常数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：初始角度校正准确度高，能够满足高速功率需求，提高检测精度，有效降低现有产品缺陷；降低成本，不需要再使用工装进行标定，减少了调试工序，减少人工强度，提高调整效率；操作更加简单易懂，不需要在软件中写入角度初始偏移量，不需要关注设定第一电机电流和第二电机电流给定，只需关注旋转变压器手动调整位置，整个校准过程简单可靠。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明can网络连接示意图；

图3为本发明校准方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的永磁同步电机旋变初始零位角校准系统包括上位机、校准台架，所述校准台架上设有带动被测电机转动的稳速电机、触摸屏、用于获取被测电机转矩的转矩仪，所述稳速电机包括稳速控制器和与稳速控制器相连的第一电机，被测电机包括被测控制器和与被测控制器相连的第二电机，所述第一电机和第二电机通过连接轴同轴连接，所述转矩仪分别与连接轴和触摸屏相连，所述上位机分别与触摸屏、被测控制器和稳速控制器相连，所述上位机控制被测电机和稳速电机运动，本例的稳速电机和被测电机被固定在校准台架上，然后由稳速电机拖动被测电机转动。

如图2所示，所述上位机、触摸屏、转矩仪、稳速控制器、被测控制器之间通过can（controllerareanetwork,控制器局域网络）总线连接，所有的数据传送通过can网络进行通讯，所述触摸屏进行显示和简单的操作，通过can网络发送数据及指令给电脑上位机，然后电脑上位机给两台电机发送控制指令，通过电机控制器控制两个电机的运行。

本例的触摸屏也可以设置在电脑端，或者与上位机合二为一设置。通过线缆与转矩仪等装置相连。本例的校准系统结构简单，操作方便，只需将待测电机固定在校准台架上，与第一电机和电脑上位机连接好，即可进行校准。

其中，所述触摸屏和稳速控制器中设有终端电阻，安全性更好，优选地，所述终端电阻的阻值为120欧姆。为了保证校准系统具有良好的抗干扰性，can网络采用屏蔽双绞线，并做好接地措施。

如图3所示，本发明还提供一种基于所述校准系统的校准方法，包括如下步骤：

s1：开始，利用触摸屏设置第一电机和第二电机的额定电流、额定转速，并将参数发送至上位机电脑，上位机采集到步骤s1的参数后，生成三组控制命令，分别为零位粗调控制命令、正转控制命令和反转控制命令。

s2：零位粗调步骤：通过触摸屏设置第一电机、第二电机的电流及转速，然后上位机电脑采集到触摸屏发送的零位粗调指令后，执行零位粗调控制命令，将设置的第一电机、第二电机的电流及转速分别发送给对应的电机控制器，电机控制器控制两个电机的运行，等第一电机和第二电机运行稳定后，通过触摸屏实时读取转矩仪的反馈转矩，并手动对旋变（旋转变压器）的位置进行粗调，直至反馈扭矩接近零。

s3：零位粗调后，点击触摸屏上的零位微调按钮，上位机执行正转控制命令，根据额定电流、额定转速的值设置第一电机和第二电机的电流和转速，控制待测电机正转，记录反馈扭矩t1；然后自动跳转至反转控制命令，让第一电机和第二电机以相同的电流和转速，控制待测电机反转，记录反馈扭矩t2。

s4：最后，上位机计算反馈扭矩t1和反馈扭矩t2的平均扭矩t3，手动调节旋变初始位置，使当前反馈扭矩等于平均扭矩t3，此时，上位机提示ok，校准完成。

本例的触摸屏增加控制帧，将设置的电流命令、速度命令和执行步骤通过can网络传输至电脑上位机。触摸屏实时显示转矩仪数据信息，记录正反转时的转矩信息，并提示旋变零位校准是否符合预期。为了规范稳速控制器can协议，本例通过电脑上位机控制稳速电机进行调速。

电脑上位机作为整个系统的总控制单元，通过速度控制稳速电机，通过电流控制被测电机，并接收触摸屏的电流、速度和执行指令来调度整个系统。

作为本发明的一个实施例，在步骤s1中，设定第一电机和第二电机的额定电流为200a，额定转速为5000转/min，在零位粗调步骤s2中，设置第一电机的电流为额定电流负常数的二分之一，也就是-100a，第二电机的电流为零；转速为额定转速正常数的五分之一，也就是1000转/min。

在步骤s3中的微调过程中，正转时，设置第一电机的电流为额定电流的负常数即-200a，第二电机的电流为额定电流正常数的四分之一即50a；转速为额定转速的正常数即5000转/min；反转时，设置第一电机的电流为额定电流的正常数即200a，第二电机的电流为额定电流负常数的四分之一即-50a；转速为额定转速的负常数即-5000转/min。

当然，本例的额定电流和额定速度也可以设置为其他的数值，在粗调过程中和微调过程中，也可以设置为额定电流和额定速度的其他倍数。

本发明可独立实现旋变零位初始角度校准，勿须在零位角度校准之前采用预定位法，可节省不少时间和人力成本。采用上位机自动控制稳速电机转速和被测电机电流的方式，只需测试人员手动调整旋变初始位置，直至上位机软件提示校准ok。此方法可提高零位校准的一致性，使初始角度校正准确度高，能够满足高速功率需求，提高检测精度；同时保证了整个校准过程简单可靠。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。