一种直线电机的初始相位角确定方法、装置和电子设备与流程

1.本发明实施例涉及电机控制技术，尤其涉及一种直线电机的初始相位角确定方法、装置和电子设备。


背景技术：

2.随着工业自动化、智能化的深入及普及，高速高精密运动台的需求也日益增加。运动台的驱动电机一般采用三相直线电机。在控制器首次驱动运动台时，需要获取磁场的初始相位角，来确定驱动电机的三相电流的电角度。如果该相位角不准确，会影响电机的实际出力，从而影响运动台的控制精度。
3.现有的初始相位角的确定方法中，根据测量各个电流下的动子加速度，确定计算电机的初始相位值。
4.然而，这种初始相位角的确定方法存在限位撞击风险，可靠性较低。


技术实现要素：

5.本发明提供一种直线电机的初始相位角确定方法、装置和电子设备，以避免确定过程中动子撞击限位的出现，提高了初始相位角确定方法的可靠性。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种直线电机的初始相位角确定方法，所述初始相位角确定方法包括：
7.向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，其中，所述第一电流和所述第二电流均为直流；
8.待所述动子相对于定子不再运动后，获取所述动子的实时位移数据；
9.根据直流电机的磁极距离和所述实时位移数据确定所述直线电机的初始相位角的分析值。
10.可选地，所述第一电流与所述第二电流相等，均等于预设电流。
11.可选地，所述第一电流和所述第二电流的值根据所述动子的摩擦系数和质量设置。
12.可选地，根据所述直流电机的磁极距离和所述实时位移数据确定所述直线电机的初始相位角的分析值，包括：
13.将所述直流电机的磁极距离和所述实时位移数据代入第一计算公式，确定所述直线电机的初始相位角的分析值，第一计算公式为其中，p为所述直流电机的所述初始相位角的分析值，τ为所述磁极距离，x为所述实时位移数据。
14.可选地，根据所述直流电机的磁极距离和所述位移数据确定所述直线电机的初始相位角的分析值之后，还包括：
15.建立所述直线电机的仿真模型；
16.设置所述仿真模型的初始相位角为所述分析值；
17.为所述仿真模型的两相线圈分别通入所述第一电流和所述第二电流；
18.待模型动子相对于模型定子不再运动后，获取所述模型动子的仿真位移数据；
19.根据所述仿真位移数据，确定所述分析值的准确性。
20.可选地，根据所述仿真位移数据，确定所述分析值的准确性，包括：
21.判断所述仿真位移数据与所述实时位移数据是否相等；
22.若所述仿真位移数据与所述实时位移数据相等，则所述分析值为准确值。
23.可选地，根据所述仿真位移数据，确定所述分析值的准确性，包括：
24.根据将所述仿真位移数据和所述磁极距离代入第二计算公式，确定所述仿真模型的初始相位角的验算值，所述第二计算公式为其中，p
′
为所述仿真模型的所述初始相位角的所述验算值，τ为所述磁极距离，x
′
为所述仿真位移数据；
25.判断所述验算值与所述分析值是否相等；
26.若所述验算值与所述分析值相等，则所述分析值为准确值。
27.第二方面，本发明实施例还提供了一种直线电机的初始相位角确定装置，直线电机的初始相位角确定装置包括：电流通入模块、位置确定模块和确定模块；电流通入模块用于向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，其中，所述第一电流和所述第二电流均为直流；位置确定模块用于待所述动子相对于定子不再运动后，获取所述动子的实时位移数据；确定模块用于根据直流电机的磁极距离和所述实时位移数据确定所述直线电机的初始相位角的分析值。
28.可选地，所述的直线电机的初始相位角确定装置还包括仿真验证模块，仿真验证模块用于建立所述直线电机的仿真模型；然后设置所述仿真模型的初始相位角为所述分析值；进而为所述仿真模型的两相线圈分别通入所述第一电流和所述第二电流；待模型动子相对于模型定子不再运动后，获取所述模型动子的仿真位移数据；最后，根据所述仿真位移数据，确定所述分析值的准确性。
29.第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
30.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行第一方面任意所述的直线电机的初始相位角确定方法。
31.本发明实施例提供的直线电机的初始相位角确定方法、装置和电子设备，在确定初始相位角的时候，向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，其中，第一电流和第二电流均为直流。待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。根据直流电机的磁极距离和实时位移数据确定直线电机的初始相位角的分析值，实现了对直线电机的初始相位角的确定，该确定方法为线圈通入的直流电流为定值，不需要多次调整电流值观察动子加速度，避免了确定过程中动子撞击限位的出现，提高了可靠性。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供了一种直线电机的初始相位角确定方法的流程示意图；
33.图2为本发明实施例提供的一种直线电机的结构示意图；
34.图3为本发明实施例提供的又一种直线电机的初始相位角确定方法的流程示意
图；
35.图4为本发明实施例提供的又一种直线电机的初始相位角确定方法的流程示意图；
36.图5为本发明实施例提供的一种两相线圈通直流电流后的动子位移变化的示意图；
37.图6为本发明实施例提供的一种直线电机的初始相位角确定装置的组成示意图；
38.图7为本发明实施例提供的另一种直线电机的初始相位角确定装置的组成示意图；
39.图8为本发明实施例提供的一种电子设备的组成示意图。
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
41.为了解决背景技术中出现的问题，本发明实施例提供了一种直线电机的初始相位角确定方法，这种初始相位角确定方法可以用于确定三相直线电机的磁场初始相位角。图1为本发明实施例提供了一种直线电机的初始相位角确定方法的流程示意图，参照图1，初始相位角确定方法包括：
42.s101、向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流。
43.其中，第一电流和第二电流均为直流。
44.具体地，图2为本发明实施例提供的一种直线电机的结构示意图，结合图1和图2，直线电机包括定子202和动子201，定子202包括多个永磁体204(s和n表示永磁体的两个磁极)，动子201包括a、b和c三相线圈203以及位置传感器205。在正常工作的过程中，三相线圈203分别通入三相交流电流。a、b、c三相线圈203的电流表达式分别为：203分别通入三相交流电流。a、b、c三相线圈203的电流表达式分别为：和和其中，ia、ib和ic分别对应为线圈a、线圈b和线圈c中的电流，为线圈中电流的有效值，x为动子相对于电机原点的位移，为初始电角度，τ为磁极距离，a、b、c三相线圈203在定子永磁体204提供的磁场中的磁场强度的表达式分别为：式分别为：式分别为：和和其中，ba、bb和bc分别对应为线圈a、线圈b和
线圈c的磁场强度，为线圈磁场强度的有效值，p为直线电机磁场的初始相位角，三相线圈中流过的交流电流，使动子在永磁体提供的磁场中收到洛伦兹力。三相线圈在磁场中受到的洛伦兹力之和表达式为力。三相线圈在磁场中受到的洛伦兹力之和表达式为在洛伦兹力之和表达式中，p表示磁场的初始相位角，表示初始电角度，只有当初始电角度与初始相位角相同时，才能最大效率利用直线电机，使其出力最大。
45.向动子的其中两相线圈203分别通入第一电流和第二电流，第一电流和第二电流均为直流电流，示例性地，第一电流和第二电流的值可以根据动子的摩擦系数和质量来设置。给直流电机三相线圈中的两相分别通入第一电流和第二电流，示例性地，a相线圈和b相线圈分别通入第一电流i1和第二电流i2，则c相线圈中的电流为i3＝-(i1+i2)。此时，直线电机动子受到的洛伦兹力之和表达式为：机动子受到的洛伦兹力之和表达式为：若i1＝m*i，i2＝n*i，n为正数，则直线电机动子受到的洛伦兹力之和表达式可以化简为k的值与m和n相关。
46.s102、待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。
47.具体地，获取动子的实时位移数据，可以通过设置于动子上的位置传感器来实施。位移数据可以指动子上任一点相对于电机原点的矢量距离，既包括距离又包括方向。示例性地，位置传感器可以为光栅尺，可以获得纳米级的位移传感精度。
48.s103、根据直流电机的磁极距离和实时位移数据确定直线电机的初始相位角的分析值。
49.具体地，向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流之后，直线电机动子受到的洛伦兹力之和呈现为与位移相关的正弦曲线。由于动子与定子之间一般存在阻尼和摩擦力，最终两相线圈通入直流电流的动子会振荡收敛并静止于一个位置，在该位置动子受到的洛伦兹力之和接近于0。于是，在静止位置可以得到由于则从而可以确定出从而可以确定出根据直流电机的磁极距离τ和实时位移数据x，可以确定出直线电机的初始相位角的分析值。
50.本实施例提供的直线电机的初始相位角确定方法，向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，其中，第一电流和第二电流均为直流。待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。根据直流电机的磁极距离和实时位移数据确定直线电机的初始相位角的分析值，实现了对直线电机的初始相位角的确定，该确定方法为线圈通入的直流电流为定值，不需要多次调整电流值观察动子加速度，避免了确定过程中动子撞击限位的出现，提高了可靠性。
51.图3为本发明实施例提供的又一种直线电机的初始相位角确定方法的流程示意图，参照图3，初始相位角确定方法包括：
52.s301、向动子的两相线圈分别通入预设电流。
53.具体地，两相线圈中通入的直流电流相等，均等于预设电流。两相线通入的直流电流相等，能简化初始相位角的分析值的计算。示例性地，向a相线圈和b相线圈中分别通入预设电流，因为在i1＝i2＝ti的情况下，直线电机动子受到的洛伦兹力之和表达式＝ti的情况下，直线电机动子受到的洛伦兹力之和表达式可以化简为化简步骤更简洁。电机出力呈现为与位置相关的正弦曲线，由于电机一般存在阻尼和摩擦力，最终电机会振荡收敛静止到一个位置,在该位置电机的实际出力为接近于0。于是由化简后的洛伦兹力之和表达式可以直接得到p
′
的值可直接得到准确值，不再与经过两相线圈的电流之间的相对关系有关，计算和化简过程都有了很大的精简。
54.预设电流可以分别与动子的摩擦系数和质量成正相关，其中，质量指的是动子总质量，可以为动子自身质量与定子负载质量之和。预设电流这样的设置分别与动子的摩擦系数和质量成正相关，能够使动子的移动速度适当，不至于撞在限位上造成安全问题，提高了初始相位角确定方法的安全性和可靠性。
55.s302、待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。
56.其中，步骤s302的内容与前述步骤s102的内容相同，此处不再赘述。
57.s303、将直流电机的磁极距离和实时位移数据代入第一计算公式，确定直线电机的初始相位角的分析值。
58.其中，第一计算公式是指根据磁极距离和实时位移数据计算初始相位角的计算公式，可以根据两相线圈通入的电流值之间的相对关系来确定。
59.示例性地，步骤s301中两相线圈分别通入预设电流，可以通过计算和化简洛伦兹力之和表达式得到由于则可以得到进而可以确定出第一计算公式在本步骤中，将直流电机的磁极距离τ和步骤s302获取到的实时位移数据x代入第一计算公式，可以确定出直线电机的初始相位角p的分析值。示例性地，若实时位移数据x＝-6mm，磁极距离τ＝24mm，则初始相位角的分析值等于
60.本实施例提供的直线电机的初始相位角确定方法中，通入两相线圈的电流值相等，均等于预设电流，在化简洛伦兹力之和表达式获得第一计算公式时的计算和化简过程都有了很大的精简，降低了前期准备工作中的计算工作量。预设电流的值分别与动子的摩擦系数和质量成正相关，能够使动子的移动速度适当，不至于撞在限位上造成安全问题，提高了初始相位角确定方法的安全性和可靠性。
61.图4为本发明实施例提供的又一种直线电机的初始相位角确定方法的流程示意图，参照图4，直线电机的初始相位角确定方法，包括：
62.s401、向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流。
63.s402、待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。
64.s403、根据直流电机的磁极距离和实时位移数据确定直线电机的初始相位角的分析值。
65.其中，步骤s401、s402和s403分别与前述步骤s101、s102和s103一一对应内容相同，此处不再赘述。
66.s404、建立直线电机的仿真模型。
67.具体地，根据直线电机的基本参数，在仿真软件上建立基本参数相同的仿真模型，其中，基本参数可以包括构造数据、尺寸数据和材料数据等所有有关于直线电机本体设计的基本参数，示例性地，基本数据可以包括磁极材料、磁极距离、线圈材料、线圈匝数、定子各组成元件的尺寸、动子各组成元件尺寸、摩擦系数和负载重量等电机基本参数。仿真软件可以为ansys有限元分析软件、comsol多物理场仿真软件和motor-cad软件等能够对电机的电场和磁场进行仿真分析的软件中的任一。
68.s405、设置仿真模型的初始相位角为分析值。
69.具体地，将直线电机的仿真模型中的初始相位角设置为等于步骤s403确定出的初始相位角的分析值。
70.s406、为仿真模型的两相线圈分别通入第一电流和第二电流。
71.具体地，为直线电机的仿真模型的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，两相线圈与步骤s401中的两相线圈相对应。示例性地，与步骤s401对应，为仿真模型中动子的a相线圈通入第一电流，为仿真模型中动子的b相线圈通入第二电流。
72.s407、待模型动子相对于模型定子不再运动后，获取模型动子的仿真位移数据。
73.具体地，图5为本发明实施例提供的一种两相线圈通直流电流后的动子位移变化的示意图，结合图4和图5，在为仿真模型的两相线圈分别通入第一电流和第二电流之后，仿真模型的动子会发生振荡移动，动子受到的洛伦兹力之和呈现为与位移相关的正弦曲线。由于仿真模型中动子与定子之间设置了阻尼和摩擦力，最终仿真模型中两相线圈通入直流电流的动子会振荡收敛并静止于一个位置。在仿真软件上可以通过测量或直接读取等方式，获取仿真模型静置时的仿真位移数据。
74.s408、根据仿真位移数据，确定分析值的准确性。
75.具体地，仿真位移数据是指将仿真模型的初始相位角设置为分析值后，再为仿真模型的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，仿真模型动子静止后的位移数据。仿真位移数据可以体现初始相位角的分析值与实际值之间的相对关系。准确性包括准确和不准确。
76.示例性地，根据仿真位移数据确定分析值的准确性的一种方式，判断仿真位移数据与实时位移数据是否相等，若仿真位移数据与实时位移数据相等，则分析值为准确值。例如，若仿真位移数据等于-6mm，等于步骤s402中利用位移传感器获取的实时位移数据，则分析值为准确值。
77.根据仿真位移数据确定分析值的准确性的另一种方式，根据将仿真位移数据和磁极距离代入第二计算公式，确定仿真模型的初始相位角的验算值，第二计算公式为
其中，p
′
为仿真模型的初始相位角的验算值，τ为磁极距离，x
′
为仿真位移数据。判断验算值与分析值是否相等。若验算值与分析值相等，则分析值为准确值。例如，若仿真位移数据等于-6mm，磁极距离为24mm，则仿真模型的初始相位角的验算值如果验算值与步骤s403确定出的分析值相等，则分析值为准确值。
78.本实施例提出的直线电机的初始相位角确定方法，在确定出初始相位角的分析值之后，利用仿真分析的方式，获得初始相位角为分析值情况下的仿真位移数据，根据仿真位移数据确定分析值是否准确，实现了对初始相位角的分析值的检验，进一步提高了初始相位角确定方法的可靠程度。
79.本发明实施例还提供了一种直线电机的初始相位角确定装置。图6为本发明实施例提供的一种直线电机的初始相位角确定装置的组成示意图，参照图6，直线电机的初始相位角确定装置600包括：电流通入模块601、位置确定模块602和确定模块603，电流通入模块601用于向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，其中，第一电流和第二电流均为直流。位置确定模块602用于待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。确定模块603用于根据直流电机的磁极距离和实时位移数据确定直线电机的初始相位角的分析值。
80.可选地，图7为本发明实施例提供的另一种直线电机的初始相位角确定装置的组成示意图，参照图7，在前述实施例的基础上，直线电机的初始相位角确定装置600还包括：仿真验证模块604，仿真验证模块604用于建立直线电机的仿真模型；然后设置仿真模型的初始相位角为分析值；进而为仿真模型的两相线圈分别通入第一电流和第二电流；待模型动子相对于模型定子不再运动后，获取模型动子的仿真位移数据；最后，根据仿真位移数据，确定分析值的准确性。
81.本发明实施例还提供了一种电子设备。图8为本发明实施例提供的一种电子设备的组成示意图，参照图8，电子设备800包括：至少一个处理器801(示例性地示出了5个处理器)；以及与至少一个处理器801通信连接的存储器802；其中，存储器802存储有可被至少一个处理器801执行的计算机程序，计算机程序被至少一个处理器801执行，以使至少一个处理器801能够执行本发明实施例中任意的直线电机的初始相位角确定方法。
82.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使处理器执行时实现本发明实施例中任意的直线电机的初始相位角确定方法。
83.本发明提供的直线电机的初始相位角确定方法、装置、设备和存储介质，在确定初始相位角的过程中，向动子的两相线圈分别通入第一电流和第二电流，其中，第一电流和第二电流均为直流。待动子相对于定子不再运动后，获取动子的实时位移数据。根据直流电机的磁极距离和实时位移数据确定直线电机的初始相位角的分析值，实现了对直线电机的初始相位角的确定，该确定方法为线圈通入的直流电流为定值，不需要多次调整电流值观察动子加速度，避免了确定过程中动子撞击限位的出现，提高了可靠性。
84.本文中以上描述的设备和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统
的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
85.用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
86.在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
87.为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
88.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
89.计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
90.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只
要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
91.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。