一种旋转变压器测角误差的自校正方法和系统与流程

1.本发明属于电动汽车电机控制领域，具体涉及一种旋转变压器测角误差的自校正方法和系统。


背景技术：

2.旋转变压器(简称旋变)因其使用可靠、寿命长、能适应恶劣的工作环境、抗冲击、测量精度高等优点，被广泛应用于电动汽车电机控制领域。但对旋变的安装要求也特别高，任何造成旋变定子、转子的相对位置偏差都会引起其输出位置信号的偏差。电动汽车永磁同步电机的精准控制又高度依赖于旋变对转子位置的检测精度。角度误差会造成输出功率受到限制，严重时还会导致转矩的波动。
3.cn111649774a公开了一种旋转变压器测角误差硬件自校正系统和方法，其针对旋变测角误差采用硬件的方法对其正弦、余弦信号进行了校正，但是其采用了复杂的硬件调节和校正电路，增加了整个产品的投入成本，若将其应用在电动汽车上，自身的可靠性很难保证。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种旋转变压器测角误差的自校正方法和系统，以快速、可靠的消除由于旋变安装误差引起的旋变角度偏差，减少运算时间。
5.本发明所述的旋转变压器测角误差的自校正方法，应用于电机控制器，该方法包括：
6.采集当前旋变解码器输出的旋变角度。
7.根据当前旋变解码器输出的旋变角度查询已存储的映射表，得到对应的校正后的旋变角度；其中，所述映射表为旋变解码器输出的旋变角度与校正后的旋变角度的对应关系表。
8.将对应的校正后的旋变角度作为伺服控制所需的当前转子位置。
9.优选的，所述映射表的获得及存储方式包括：
10.使电机控制器进入旋变误差标定模式。
11.先控制电机运行至标定需求条件，然后使电机自然减速。
12.在电机转速降低至第一预设转速n1时，电机控制器采集旋变解码器输出的m个旋变角度，并存储为旋变角度数据集ⅰ。采集m个旋变角度所用的时间大于一个电角度周期对应的时间。
13.在电机转速降低至第二预设转速n2时，电机控制器采集旋变解码器输出的m个旋变角度，并存储为旋变角度数据集ⅱ；其中，n2《n1。
14.从旋变角度数据集ⅰ中提取一个电角度周期的旋变角度，组成第一组旋变角度数据；从旋变角度数据集ⅱ中提取一个电角度周期的旋变角度，组成第二组旋变角度数据。
15.对第一组旋变角度数据进行处理，得到与第一组旋变角度数据对应的误差曲线
e1：对第二组旋变角度数据进行处理，得到与第二组旋变角度数据对应的误差曲线e2：
16.在本次标定采集的旋变角度有效时，利用第一组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度减去误差曲线e1在相应采样时刻的误差值，得到相应采样时刻的校正后的旋变角度，将第一组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度与相应采样时刻的校正后的旋变角度一一对应，形成所述映射表，存储所述映射表，给出标定成功标志，然后结束；或者利用第二组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度减去误差曲线e2在相应采样时刻的误差值，得到相应采样时刻的校正后的旋变角度，将第二组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度与相应采样时刻的校正后的旋变角度一一对应，形成所述映射表，存储所述映射表，给出标定成功标志，然后结束。
17.在本次标定采集的旋变角度无效时，给出标定失败标志，然后结束。
18.优选的，如果|a
1-a2|＜ε且则判定本次标定采集的旋变角度有效，否则(即|a
1-a2|≥ε或者时)判定本次标定采集的旋变角度无效；其中，a1为误差曲线e1的幅值，为误差曲线e1的相位角，a2为误差曲线e2的幅值，为误差曲线e2的相位角，ε为预设的幅值差阈值，σ为预设的相位差阈值。
19.优选的，对第一组旋变角度数据进行处理，得到与第一组旋变角度数据对应的误差曲线e1的具体方式为：
20.先利用第一组旋变角度数据，根据公式：进行i次电角速度计算，得到i个电角速度ω
′
，对i个电角速度ω
′
求平均，得到电角速度平均值将电角速度平均值作为电角速度估算值ω1；其中，δt表示采样周期，δθ1表示第一组旋变角度数据中相邻两个采样时刻的旋变角度之差，相邻两次电角速度计算的时间间隔为j个采样周期，(i-1)
×
j＜m。
21.然后，利用第一组旋变角度数据和电角速度估算值ω1，进行曲线拟合，得到所述误差曲线e1：
22.对第二组旋变角度数据进行处理，得到与第二组旋变角度数据对应的误差曲线e2的具体方式为：
23.先利用第二组旋变角度数据，根据公式：进行i次电角速度计算，得到i个电角速度ω"，对i个电角速度ω"求平均，得到电角速度平均值将电角速度平均值作为电角速度估算值ω2；其中，δθ2表示第二组旋变角度数据中相邻两个采样时刻的旋变角度之差，相邻两次电角速度计算的时间间隔为j个采样周期。
24.然后，利用第二组旋变角度数据和电角速度估算值ω2，进行曲线拟合，得到所述误差曲线e2：
25.优选的，若是在车上进行标定，则当车行驶在平稳路段且车速达到预设的车速阈值时表示电机运行至标定需求条件，然后通过车空挡滑行的方式使电机自然减速；其中，所述预设的车速阈值大于所述第一预设转速n1对应的车速。若是在台架上进行标定，则通过台架拖动电机转动且电机转速达到预设的转速阈值时表示电机运行至标定需求条件，然后
通过给定转矩为零的方式使电机自然减速；其中，所述预设的转速阈值大于所述第一预设转速n1。
26.本发明所述的旋转变压器测角误差的自校正系统，包括电机控制器，所述电机控制器被编程以便执行上述自校正方法。
27.本发明针对旋转变压器由于安装误差引起的旋变角度输出偏差，考虑到旋变角度输出偏差会对电动汽车性能造成较大影响，采用了软件自校正方法，从误差的产生机理出发，解析出了包含误差信息的解码角度函数表现形式，利用采集的旋变角度减去拟合的误差值得到校正后的旋变角度，并建立从采集的旋变角度到校正后的旋变角度的映射表，再将映射表存储，当实际采集到不同的旋变角度信号时，查映射表的校正数据，即可得到伺服控制所需的当前转子位置，从而实现了自校正，且减少了运算时间，实现了快速、可靠的消除由于旋变安装误差引起的旋变角度偏差的目的，同时既避免了反复拆装电机又保证了电机的输出性能。
附图说明
28.图1为旋变解码器输出的理想旋变角度信号示意图。
29.图2为旋变解码器输出的实际旋变角度信号示意图。
30.图3为解析出的理想旋变角度信号和误差信号的示意图。
31.图4为实施例1中旋转变压器测角误差的自校正流程图。
32.图5为实施例1中映射表的获得及存储流程图。
具体实施方式
33.专用的旋变解码器将旋变输出的正比于旋转角度正弦值和余弦值的电信号转换成旋转角度信息，旋变解码器输出的理想旋变角度信号是一条直线(参见图1)。但由于旋变安装偏差会导致旋变输出正弦、余弦信号的不对称、非理想正交，这就造成解码后的角度信号中包含了转频的二倍频的误差信号。图2是实际采集不同安装位置和不同偏差程度的旋变解码器输出信号，可以看出信号中包含了转频的二倍频正弦、余弦的误差信号。
34.结合以上分析对采集到的信号进行解析，发现该信号是由一条直线和转频的二倍频的误差信号组成，即对图2的实际旋变角度信号进行解析可以分别得到理想旋变角度信号和误差信号，参见图3。
35.实施例1：如图4所示，本实施例中旋转变压器测角误差的自校正方法，应用于电机控制器，该方法包括：
36.步骤一、采集当前旋变解码器输出的旋变角度。
37.步骤二、根据当前旋变解码器输出的旋变角度查询已存储的映射表，得到对应的校正后的旋变角度。其中，映射表为旋变解码器输出的旋变角度与校正后的旋变角度的对应关系表。
38.如图5所示，映射表的获得及存储方式包括：
39.s1、使电机控制器进入旋变误差标定模式，然后执行s2。
40.在整车上通过obd口将上位机(电脑)与电机系统相连接，通过上位机软件使电机控制器进入旋变误差标定模式。
41.s2、先控制电机运行至标定需求条件，然后使电机自然减速，然后执行s3。
42.具体为：将车行驶至平稳路段，提升车速，使车速达到预设的车速阈值(比如40km/h)，然后空挡滑行，电机自然减速。
43.s3、判断电机转速是否降低至第一预设转速n1，如果是，则执行s4，否则执行s5。其中，第一预设转速n1对应的车速小于预设的车速阈值。
44.s4、电机控制器采集旋变解码器输出的m个旋变角度，并存储为旋变角度数据集ⅰ，然后执行s5。其中，采集m个旋变角度所用的时间大于一个电角度周期对应的时间。
45.s5、判断电机转速是否降低至第二预设转速n2，如果是则执行s6，否则返回执行s3。其中，n2《n1。
46.s6、电机控制器采集旋变解码器输出的m个旋变角度，并存储为旋变角度数据集ⅱ，然后执行s7。
47.s7、从旋变角度数据集ⅰ中提取一个电角度周期的旋变角度，组成第一组旋变角度数据；从旋变角度数据集ⅱ中提取一个电角度周期的旋变角度，组成第二组旋变角度数据；然后执行s8。
48.s8、对第一组旋变角度数据进行处理，得到与第一组旋变角度数据对应的误差曲线e1：对第二组旋变角度数据进行处理，得到与第二组旋变角度数据对应的误差曲线e2：然后执行s9。
49.具体为：先利用第一组旋变角度数据，根据公式：进行i次(比如5次)电角速度计算，得到i个电角速度ω
′
，对i个电角速度ω
′
求平均，得到电角速度平均值将电角速度平均值作为电角速度估算值ω1。利用第二组旋变角度数据，根据公式：进行i次电角速度计算，得到i个电角速度ω"，对i个电角速度ω"求平均，得到电角速度平均值将电角速度平均值作为电角速度估算值ω2。然后，利用第一组旋变角度数据和电角速度估算值ω1，进行曲线拟合，得到误差曲线e1：利用第二组旋变角度数据和电角速度估算值ω2，进行曲线拟合，得到误差曲线e2：其中，δt表示采样周期，δθ1表示第一组旋变角度数据中相邻两个采样时刻的旋变角度之差，δθ2表示第二组旋变角度数据中相邻两个采样时刻的旋变角度之差，相邻两次电角速度计算的时间间隔为j个采样周期，(i-1)
×
j＜m。
50.s9、判断是否|a
1-a2|＜ε且如果是，则执行s11，否则(即|a
1-a2|≥ε或者时)执行s10。其中，a1为误差曲线e1的幅值，为误差曲线e1的相位角，a2为误差曲线e2的幅值，为误差曲线e2的相位角，ε为预设的幅值差阈值，σ为预设的相位差阈值。
51.s10、判定本次标定采集的旋变角度无效，给出标定失败标志，然后结束。
52.s11、判定本次标定采集的旋变角度有效，然后执行s12。
53.s12、利用第一组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度减去误差曲线e1在相应采样时刻的误差值，得到相应采样时刻的校正后的旋变角度，将第一组旋变角度数据中
各个采样时刻的旋变角度(即旋变解码器输出的旋变角度)与相应采样时刻的校正后的旋变角度一一对应，形成映射表(参见表1)，将映射表存储到外部eeprom中(上电初始化时再读取)，给出标定成功标志，然后结束。
54.表1
[0055][0056]
标定人员在通过上位机查看到标定成功标志后，可通过上位机操作使电机控制器退出旋变误差标定模式。标定人员在通过上位机查看到标定失败标志后，可重新进行s1至s12的标定以得到映射表。
[0057]
步骤三、将对应的校正后的旋变角度作为伺服控制所需的当前转子位置。
[0058]
本实施例还提供一种旋转变压器测角误差的自校正系统，包括电机控制器，该电机控制器被编程以便执行上述自校正方法。
[0059]
实施例2：本实施例中的旋转变压器测角误差的自校正方法，大部分步骤与实施例1相同，不同之处在于：
[0060]
在台架上进行标定。将电机系统安装在台架上，台架上的上位机与电机系统相连接，通过上位机软件使电机控制器进入旋变误差标定模式；然后通过台架拖动电机转动，在电机转速达到预设的转速阈值(比如2500r/min)时，给定转矩为零，电机自然减速。其中，预设的转速阈值大于第一预设转速n1。
[0061]
在判定本次标定采集的旋变角度有效后，利用第二组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度减去误差曲线e2在相应采样时刻的误差值，得到相应采样时刻的校正后的旋变角度，将第二组旋变角度数据中各个采样时刻的旋变角度(即旋变解码器输出的旋变角度)与相应采样时刻的校正后的旋变角度一一对应，形成映射表，将映射表存储到外部eeprom中(上电初始化时再读取)，给出标定成功标志，然后结束。
[0062]
本实施例还提供一种旋转变压器测角误差的自校正系统，包括电机控制器，该电机控制器被编程以便执行上述自校正方法。