本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种永磁同步电机零位标定方法、标定装置及控制系统。
背景技术：
近年来，永磁同步电机以其体积小、结构简单、效率高、功率密度高、转矩电流比高、易于散热及维护等特点，而受到人们广泛地重视和研究。目前对永磁同步电机的高精度控制一般采用磁场空间矢量脉宽调制策略(svpwm)。获得精确的转子位置是实现永磁同步电机高性能矢量控制的前提，目前大多数永磁同步电机伺服都是采用机械传感器来获取电机转子的位置信息。
机械传感器和永磁同步电机pmsm(permanentmagnetsynchronousmotor)一般是是同轴固定安装，机械传感器的物理零角和pmsm的电角度零角一般不会正好重合，且对于同一台电机，多次拆装位置不会完全一致；相同批次不同的机械传感器和电机，其零角相对位置也是不一样的，所以电机在运行之前需要对零位偏差进行校准。零位偏差校准通常采用强迫定位校准法：
一种是采用相关的专业设备如直流枪对电机三相线进行通电测试，a相通正电，b、c相通负电，通入电后，然后电机转子转到一个固定位置后不动，则这个位置就确定为电机的初始位置即零位。但是由于每种永磁电机的磁阻扭矩及转动惯量不一样，所需要的电流不一样，故直流电流枪的使用就存在缺陷了，且硬件上的不同也造成所测零位会存在偏差，从而导致电机控制上的精度较差或者导致电机的扭矩缺失或过大的情况出现。
另一种是根据给定矢量控制中的永磁同步电机定子侧的q、d轴电流控制永磁同步电机，给定矢量控制中永磁同步电机定子侧的q轴电流为0，d轴电流为设定倍数的额定电流值以内，即对电机施加一个固定方向的电流矢量，迫使电机转子旋转到零位置。这种方法需要使用角度值来计算矢量控制的输入信号，角度值的精确度对零位标定是有影响的。该方法校准所需要的时间比较长，而且在整个校准过程中，转子转动幅度较大，会造成机械冲击，并且由于永磁同步电机转子自身存在的摩擦，加上该方法进行零位校准时，在接近设计零位时电机的电磁转矩会很小，所以使用该方法会存在较大的误差。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种永磁同步电机零位标定方法、标定装置及控制系统，以提高永磁同步电机零位标定和控制的精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种永磁同步电机零位标定方法，所述标定方法包括如下步骤：
根据标定给定信号产生驱动信号；
根据所述驱动信号驱动永磁同步电机；
获取永磁同步电机的实际角度；
根据所述永磁同步电机的实际角度计算转速值和转速值的变化值；
根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则返回所述根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤。
可选的，所述根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则返回所述根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤，具体包括：
判断所述转速值是否为零，获得第一判断结果；
若所述第一判断结果为所述转速值不为零，则返回根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤；
若所述第一判断结果为所述转速值为零，则判断所述变化值是否小于预设阈值，获得第二判断结果；
若所述第二判断结果为所述变化值不小于所述预设阈值，则返回所述根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤；
若所述第二判断结果为所述变化值小于所述预设阈值，则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位。
可选的，所述根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则返回所述根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤之后，还包括：
将所述永磁同步电机的零位值进行存储。
可选的，所述标定给定信号的ubeta值为零，ualpha值小于1。
一种永磁同步电机零位标定装置，包括：位置传感器、标定控制器和驱动器；
所述位置传感器与永磁同步电机同轴，并与所述标定控制器连接，所述位置传感器用于获取所述永磁同步电机的实际角度，并将所述实际角度输出给所述标定控制器；
所述标定控制器与所述驱动器连接，所述标定控制器用于根据标定给定信号产生驱动信号；根据所述永磁同步电机的实际角度计算转速值和转速值的变化值；并根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则将所述驱动信号输出给所述驱动器；
所述驱动器与所述永磁同步电机连接，所述驱动器用于根据所述驱动信号驱动永磁同步电机。
可选的，所述标定控制器包括驱动信号产生模块和零位判断模块；
所述驱动信号产生模块分别与所述位置传感器和所述零位判断模块连接，所述驱动信号产生模块用于根据所述标定给定信号产生所述驱动信号，并将所述驱动信号输出给所述零位判断模块；
所述零位判断模块与所述驱动器连接，所述零位判断模块用于判断所述转速值是否为零，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为所述转速值不为零，则将所述驱动信号输出给所述驱动器；若所述第一判断结果为所述转速值为零，则判断所述变化值是否小于预设阈值，获得第二判断结果；若所述第二判断结果为所述变化值不小于所述预设阈值，则将所述驱动信号输出给所述驱动器；若所述第二判断结果为所述变化值小于所述预设阈值，则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，停止将所述驱动信号输出给所述驱动器。
可选的，所述标定装置还包括存储器，所述存储器与所述标定控制器连接，所述存储器用于存储所述永磁同步电机的零位的值。
可选的，所述标定控制器中的输入给定信号的ubeta为零，ualpha小于1。
一种永磁同步电机控制系统，所述控制系统包括所述永磁同步电机零位标定装置；所述永磁同步电机零位标定装置包括位置传感器、标定控制器和驱动器；
所述位置传感器与永磁同步电机同轴，并与所述标定控制器连接，所述位置传感器用于获取永磁同步电机的实际角度；
标定控制器与所述驱动器连接，所述标定控制器用于根据标定给定信号产生驱动信号；根据永磁同步电机的实际角度计算转速值和转速值的变化值；并根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则将所述驱动信号输出给所述驱动器；
所述标定控制器还与所述伺服控制器连接，所述标定控制器还用于将所述永磁同步电机的零位输送给所述伺服控制器；
所述驱动器与所述永磁同步电机连接，所述驱动器用于根据所述驱动信号驱动永磁同步电机；
所述控制系统还包括伺服控制器、数字信号处理器和上位机；
所述伺服控制器分别与所述位置传感器和所述数字信号处理器连接，所述伺服控制器用于根据所述位置传感器检测的实际角度，计算转速值，并将所述转速值输出给所述数字信号处理器；
所述驱动器还与所述数字信号处理器连接，所述驱动器还用于检测永磁同步电机的电压和电流，并将所述电压和所述电流输出给所述数字信号处理器；
所述上位机与所述数字信号处理器连接，所述上位机用于根据用户的设置产生模式选择信号，并将所述模式选择信号输出给所述数字信号处理器；所述模式选择信号为标定模式或驱动模式；
所述数字信号处理器与所述标定控制器连接，所述数字信号处理器用于当所述模式选择信号为标定模式时，产生标定给定信号，并将所述标定给定信号输送给所述标定控制器；当所述模式选择信号为驱动模式时，根据所述电压、所述电流和所述速度值产生驱动给定信号，并将所述驱动给定信号输出给所述伺服控制器；
所述伺服控制器还与所述驱动器连接，所述伺服控制器还用于根据所述驱动给定信号和所述永磁同步电机的零位产生驱动信号，并将所述驱动信号输出给所述驱动器。
可选的，所述数字信号处理器采用dsp芯片。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种永磁同步电机零位标定方法、标定装置及控制系统，该标定方法，根据标定给定信号产生驱动信号，驱动永磁同步电机转动，并根据永磁同步电机的转动的速度值和速度值的变化值判断永磁同步电机是否转动到零位，当转动到零位时，将永磁同步电机的实际角度作为零位，停止驱动，当没有转动到零位时，继续驱动，来获得永磁同步电机的零位，实现永磁同步电机的零位标定，并通过电机的速度值和速度值的变化值判断是否转动到零位，保证了零位判断的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种永磁同步电机零位标定方法的流程图；
图2为本发明提供的一种永磁同步电机零位标定装置的结构图；
图3为本发明提供的一种永磁同步电机控制系统的结构图；
图4为本发明提供的零位标定方法的具体的实施方式的流程图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种永磁同步电机零位标定方法、标定装置及控制系统，以提高永磁同步电机零位标定和控制的精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种永磁同步电机零位标定方法，所述标定方法包括如下步骤：
步骤101，根据标定给定信号产生驱动信号；在零位标定时，持续给定空间电压矢量调制的标定给定信号ualpha和ubeta，对整个系统的信号进行标幺化，输入信号的的最大值为1，通过给定不同ualpha和ubeta的值，控制矢量合成于电机内空间上任意方向，基于坐标变换原理，电机的a相绕组轴向与坐标的x坐标轴同轴，因此单独给定ualpha信号，使空间矢量固定于电机内部a相绕组的轴线方向上，即所述标定给定信号的ubeta值为零，ualpha值小于1。
步骤102，根据所述驱动信号驱动永磁同步电机；
步骤103，获取永磁同步电机的实际角度；
步骤104，根据永磁同步电机的实际角度计算转速值和转速值的变化值；
步骤105，根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则返回所述根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤，具体包括：
判断所述转速值是否为零，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为所述转速值不为零，则返回根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤；若所述第一判断结果为所述转速值为零，则判断所述变化值是否小于预设阈值，获得第二判断结果；若所述第二判断结果为所述变化值不小于预设阈值，则返回根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤；若所述第二判断结果为所述变化值小于预设阈值，则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位。
可选的，所述根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则返回所述根据所述驱动信号驱动永磁同步电机的步骤之后，还包括：
将所述永磁同步电机的零位值进行存储。
可选的，所述标定给定信号的ubeta值为零，ualpha值小于1。
如图2所示，本发明还提供了一种永磁同步电机零位标定装置，包括：位置传感器201、标定控制器202和驱动器203。
所述位置传感器201与永磁同步电机同轴，并与所述标定控制器202连接，所述位置传感器201用于获取永磁同步电机的实际角度，并将所述实际角度输出给所述标定控制器202；所述位置传感器201为机械传感器，永磁同步电机旋转正方向与机械传感器201角度增加方向一致。
所述标定控制器202与所述驱动器203连接，所述标定控制器202用于根据所述标定给定信号产生所述驱动信号。根据永磁同步电机的实际角度计算转速值和转速值的变化值；并根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则将所述驱动信号输出给所述驱动器203。
所述驱动器203与所述永磁同步电机连接，所述驱动器203用于根据所述驱动信号驱动永磁同步电机。
可选的，所述标定控制器202包括驱动信号产生模块和零位判断模块。
所述驱动信号产生模块分别与所述位置传感器201和所述零位判断模块连接，所述驱动信号产生模块用于根据标定给定信号产生驱动信号，并将所述驱动信号输出给所述零位判断模块。
所述零位判断模块与所述驱动器203连接，所述零位判断模块用于判断所述转速值是否为零，获得第一判断结果；若所述第一判断结果为所述转速值不为零，则将所述驱动信号输出给所述驱动器；若所述第一判断结果为所述转速值为零，则判断所述变化值是否小于预设阈值，获得第二判断结果；若所述第二判断结果为所述变化值不小于所述预设阈值，则将所述驱动信号输出给所述驱动器；若所述第二判断结果为所述变化值小于所述预设阈值，则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，停止将所述驱动信号输出给所述驱动器。
可选的，所述标定装置还包括存储器204，所述存储器204与所述标定控制器202连接，所述存储器204用于存储所述永磁同步电机的零位的值。
可选的，所述标定控制器202中的输入给定信号的ubeta为零，ualpha小于1。
一种永磁同步电机控制系统，所述控制系统包括所述永磁同步电机零位标定装置；所述永磁同步电机零位标定装置包括位置传感器201、标定控制器202和驱动器203。
所述位置传感器201与永磁同步电机同轴，并与所述标定控制器202连接，所述位置传感器201用于获取永磁同步电机的实际角度，并将所述实际角度输出给所述标定控制器202。
标定控制器202与所述驱动器203连接，所述标定控制器202用于根据标定给定信号产生驱动信号；根据永磁同步电机的实际角度计算转速值和转速值的变化值；并根据所述转速值和所述变化值，判断所述永磁同步电机是否转到零位，若是则将所述永磁同步电机的实际角度作为所述永磁同步电机的零位，若否，则将所述驱动信号输出给所述驱动器203。
所述标定控制器202还与所述伺服控制器301连接，所述标定控制器202还用于将所述永磁同步电机的零位输送给所述伺服控制器301。
所述驱动器203与所述永磁同步电机连接，所述驱动器203用于根据所述驱动信号驱动永磁同步电机。
所述控制系统还包括伺服控制器301、数字信号处理器302和上位机303。
所述伺服控制器301分别与所述位置传感器201和所述数字信号处理器302连接，所述伺服控制器301用于根据所述位置传感器检测的实际角度，计算转速值，并将所述转速值输出给所述数字信号处理器302。
所述驱动器203还与所述数字信号处理器302连接，所述驱动器203还用于检测永磁同步电机的电压和电流，并将所述电压和所述电流输出给所述数字信号处理器302。
所述上位机303与所述数字信号处理器302连接，所述上位机303用于根据用户的设置产生模式选择信号，并将所述模式选择信号输出给所述数字信号处理器302；所述模式选择信号为标定模式或驱动模式。
所述数字信号处理器302与所述标定控制器202连接，所述数字信号处理器302用于当所述模式选择信号为标定模式时，产生标定给定信号，并将所述标定给定信号输送给所述标定控制器202；当所述模式选择信号为驱动模式时，根据所述电压、所述电流和所述速度值产生驱动给定信号，并将所述驱动给定信号输出给所述伺服控制器301；即根据电机的实际角度和速度值sp，电机的电压和电流，计算空间矢量脉宽调制的输入信号ualpha和ubeta。
所述伺服控制器301还与所述驱动器203连接，所述伺服控制器301还用于根据所述驱动给定信号和所述永磁同步电机的零位产生驱动信号，并将所述驱动信号输出给所述驱动器203。针对的控制矢量脉宽调制(svpwm)的驱动给定信号ualpha和ubeta，产生相应的驱动信号ps。
可选的，所述数字信号处理器采用dsp芯片。
如图4所示本发明还提供了一种永磁同步电机零位标定方法的具体实施方式：进入零位标定模式，持续给定svpwm的输入信号ualpha。信号给定以标幺化的方式给出，即输入信号ualpha或ubeta最大值为1(操作s410)。
对速度信号sp进行判断。若速度不为零，则保持输入信号大小ualpha不变，ubeta为0；若速度为零，则进行下一判断(操作s420)。
若速度变化值dtsp在两秒内持续小于10^-3，记录当前的角度信号p作为电机的电角度零位zd，并切断伺服驱动器的输出(操作s450)(操作s440)。
则给定输入信号ualpha为0，ubeta为0，并停止驱动器输出；反之，继续判断(操作s430)。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种永磁同步电机零位标定方法、标定装置及控制系统，该标定方法，根据标定给定信号产生驱动信号，驱动永磁同步电机转动，并根据永磁同步电机的转动的速度值和速度值的变化值判断永磁同步电机是否转动到零位，当转动到零位时，将永磁同步电机的实际角度作为零位，停止驱动，当没有转动到零位时，继续驱动，来获得永磁同步电机的零位，实现永磁同步电机的零位标定，并通过电机的速度值和速度值的变化值判断是否转动到零位，保证了零位判断的精度。
本发明保证了应用于高精度电机控制系统的电角度数据的准确可靠性，同时也保证了电机控制系统工作的稳定性。
本发明已在一种新型卫星载荷扫描伺服机构地面检测机构上应用，在高、低温循环，长时间连续运行等条件下，有效的保证了电机控制系统的正常运行和整机安全。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。