一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量及補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量及補(bǔ)償方法,其特征在于:在被測(cè)電機(jī)上設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元和轉(zhuǎn)矩傳感器;轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置信號(hào),并將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)傳送至上位機(jī),進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置信息顯示;轉(zhuǎn)矩傳感器獲得當(dāng)前齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào),并將齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送至示波器,進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩信息顯示;將轉(zhuǎn)子位置調(diào)整至下一間隔位置,重復(fù)上述檢測(cè),直至達(dá)到需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍,最終獲得齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線。
【專利說(shuō)明】一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量及補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量及補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于永磁同步電機(jī)具有體積小、效率高、運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn),目前,在電動(dòng)汽車上應(yīng)用普遍,但是在永磁同步電機(jī)中,永磁轉(zhuǎn)子的磁極與定子齒槽的相對(duì)位置不同時(shí),主磁路的磁導(dǎo)不一樣,永磁體轉(zhuǎn)子與定子齒之間存在切向力,試圖將轉(zhuǎn)子定位在磁導(dǎo)最大的位置,這種力即為齒槽轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩在電機(jī)不通電流時(shí),即存在,并且和電流大小沒有關(guān)系,齒槽轉(zhuǎn)矩的存在影響電機(jī)的低速輸出性能,比如轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲和振動(dòng)。在涉及高精度運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域,齒槽轉(zhuǎn)矩的抑制尤為重要。對(duì)于已經(jīng)生產(chǎn)完成或者電機(jī)本體改變不能完全解決齒槽轉(zhuǎn)矩問題的情況,采用控制的方法抑制齒槽轉(zhuǎn)矩對(duì)系統(tǒng)的影響,是可行的方法。而控制實(shí)施抑制的基礎(chǔ)是齒槽轉(zhuǎn)矩的量化分析,因此,齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量以及補(bǔ)償在永磁同步電機(jī)的控制中尤為重要。
[0003]現(xiàn)有齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量和補(bǔ)償方法,存在的不足之處在于易受外部扭矩干擾,齒槽轉(zhuǎn)矩量化和補(bǔ)償不夠精確,實(shí)用性比較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量及補(bǔ)償方法,能夠?qū)崿F(xiàn)齒槽轉(zhuǎn)矩永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的精確測(cè)量和補(bǔ)償。
[0005]基于同一發(fā)明構(gòu)思,本發(fā)明具有兩個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案:
I、一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法,其特征在于:在被測(cè)電機(jī)上設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元和轉(zhuǎn)矩傳感器;
轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置信號(hào),并將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)傳送至上位機(jī),進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置信息顯示;轉(zhuǎn)矩傳感器獲得當(dāng)前齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào),并將齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送至示波器,進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩信息顯示;
將轉(zhuǎn)子位置調(diào)整至下一間隔位置,重復(fù)上述檢測(cè),直至達(dá)到需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍,最終獲得齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線。
[0006]轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器與被測(cè)電機(jī)軸連接;轉(zhuǎn)矩傳感器與固定調(diào)節(jié)工裝連接固定;通過固定調(diào)節(jié)工裝調(diào)節(jié)、固定被測(cè)電機(jī)軸角度位置即轉(zhuǎn)子位置。
[0007]轉(zhuǎn)子位置的測(cè)試間隔為O. 5電角度,需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍根據(jù)被測(cè)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算獲得。
[0008]示波器含有頻率模塊和計(jì)算模塊,可以根據(jù)頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式,直接計(jì)算出實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩,頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式具體如下,
Torque = A*F+B ;其中,F(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的頻率值;A為頻率扭矩的換算系數(shù);B為轉(zhuǎn)矩計(jì)算偏移量;Torque為實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0009]固定調(diào)節(jié)工裝包括調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套,調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套固定成一體,轉(zhuǎn)矩傳感器通過花鍵套與固定調(diào)節(jié)工裝固定;電機(jī)軸、轉(zhuǎn)矩傳感器軸、花鍵套三者保證同軸;被測(cè)電機(jī)固定在端板上,法蘭盤固定在端板上。
[0010]2、一種利用上述方法的永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償方法,其特征在于:基于測(cè)量獲得的齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系曲線,將齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)取反,得到Tcomm-ostO;根據(jù)通訊控制造成的延時(shí)T以及當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的延時(shí)相位;根據(jù)延時(shí)相位,將Tcomm-ostO移相,得到需要補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩值Tcomm_ost。
[0011]本發(fā)明具有的有益效果:
本發(fā)明轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置信號(hào),并將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)傳送至上位機(jī),進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置信息顯示;轉(zhuǎn)矩傳感器獲得當(dāng)前齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào),并將齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送至示波器,進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩信息顯示;將轉(zhuǎn)子位置調(diào)整至下一間隔位置,重復(fù)上述檢測(cè),直至達(dá)到需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍,最終獲得齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線。基于測(cè)量獲得的齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系曲線,進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。本發(fā)明在齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量和補(bǔ)償過程中,可以避免由于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)或者電機(jī)控制導(dǎo)致的轉(zhuǎn)矩波動(dòng),造成齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)量不準(zhǔn)的問題,可以實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)量和補(bǔ)償。
[0012]本發(fā)明轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器與被測(cè)電機(jī)軸連接;轉(zhuǎn)矩傳感器與固定調(diào)節(jié)工裝連接固定;固定調(diào)節(jié)工裝包括調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套,調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套固定成一體,轉(zhuǎn)矩傳感器通過花鍵套與固定調(diào)節(jié)工裝固定;電機(jī)軸、轉(zhuǎn)矩傳感器軸、花鍵套三者保證同軸;被測(cè)電機(jī)固定在端板上,法蘭盤固定在端板上。通過固定調(diào)節(jié)工裝調(diào)節(jié)、固定被測(cè)電機(jī)軸角度位置即轉(zhuǎn)子位置,更加方便對(duì)轉(zhuǎn)子位置的調(diào)整。
[0013]本發(fā)明齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償時(shí),將齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)取反,得到Tcomm-ostO ;根據(jù)通訊控制造成的延時(shí)T以及當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的延時(shí)相位;根據(jù)延時(shí)相位,將Tcomm-ostO移相,得到需要補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩值Tcomm-ost,充分考慮到了通訊控制造成的延時(shí)T,進(jìn)一步保證補(bǔ)償?shù)木_性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖I為本發(fā)明永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量及補(bǔ)償系統(tǒng)框圖;
圖2為本發(fā)明永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法流程圖;
圖3為本發(fā)明永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖I所示,系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)矩測(cè)量模塊和轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償模塊。
[0016]轉(zhuǎn)矩測(cè)量模塊:在被測(cè)電機(jī)上設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元和轉(zhuǎn)矩傳感器;轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置信號(hào),并將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)傳送至上位機(jī),進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置信息顯示;轉(zhuǎn)矩傳感器獲得當(dāng)前齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào),并將齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送至示波器,進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩信息顯示;將轉(zhuǎn)子位置調(diào)整至下一間隔位置,重復(fù)上述檢測(cè),直至達(dá)到需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍,最終獲得齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線。轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器與被測(cè)電機(jī)軸連接;轉(zhuǎn)矩傳感器與固定調(diào)節(jié)工裝連接固定;通過固定調(diào)節(jié)工裝調(diào)節(jié)、固定被測(cè)電機(jī)軸角度位置即轉(zhuǎn)子位置,使得轉(zhuǎn)子位置的調(diào)整更加方便。固定調(diào)節(jié)工裝包括調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套,調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套固定成一體,轉(zhuǎn)矩傳感器通過花鍵套與固定調(diào)節(jié)工裝固定;電機(jī)軸、轉(zhuǎn)矩傳感器軸、花鍵套三者保證同軸;被測(cè)電機(jī)固定在端板上,法蘭盤固定在端板上。
[0017]實(shí)施時(shí),位置檢測(cè)單元包括電機(jī)位置傳感器、位置檢測(cè)反饋電路,此為現(xiàn)有技術(shù),可以實(shí)時(shí)將轉(zhuǎn)子位置通過CAN通訊反饋至上位機(jī)。位置傳感器采用旋轉(zhuǎn)變壓器,固定在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上面,位置檢測(cè)反饋電路采用旋變解碼芯片及其外圍電路,通訊軟件基于TI DSP320F2xxx芯片,采用CAN通訊。位置檢測(cè)反饋電路通過SPI通訊,將旋變解碼芯片輸出的電機(jī)位置測(cè)試值傳輸給TI芯片,TI芯片將接收到的位置信息解析后發(fā)至CAN總線。位置檢測(cè)單元檢測(cè)反饋精度達(dá)到0.1電角度。上位機(jī)通過CAN通訊讀取所述位置檢測(cè)單元傳輸?shù)紺AN總線上面的電機(jī)位置信號(hào),實(shí)時(shí)顯示。上位機(jī)采用MFC界面顯示電機(jī)位置信息,顯示精度等同于所述位置檢測(cè)單元檢測(cè)反饋精度。
[0018]轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償模塊:為對(duì)測(cè)量模塊的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過移相和延時(shí)處理,累加到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩指令或者內(nèi)部轉(zhuǎn)矩需求中。由TI DSP 320F2XXX軟件實(shí)現(xiàn),轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償模塊取轉(zhuǎn)矩測(cè)量模塊輸出的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置——齒槽轉(zhuǎn)矩曲線作為輸入,輸出是電機(jī)控制中所需要的齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償值。
[0019]如圖2所示,本發(fā)明測(cè)量方法具體實(shí)施時(shí)包括以下步驟:
步驟1:位置檢測(cè)單元上電,CAN通訊正常后,讀取上位機(jī)顯示的當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置,通過固定調(diào)節(jié)工裝的調(diào)節(jié)桿調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置到零位,并通過固定調(diào)節(jié)工裝對(duì)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行固定。測(cè)試時(shí),將轉(zhuǎn)子固定到轉(zhuǎn)子零位值不一定是必須的,也可以根據(jù)齒槽轉(zhuǎn)矩的周期特性固定在其他位置,固定零位置的目的是便于數(shù)據(jù)處理,提高參考便利。
[0020]步驟2:從示波器中讀取轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩信號(hào),通過轉(zhuǎn)矩信號(hào)和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的換算關(guān)系,計(jì)算出實(shí)際轉(zhuǎn)矩,記錄上位機(jī)讀取的位置和實(shí)際轉(zhuǎn)矩。不同的轉(zhuǎn)矩傳感器輸出信號(hào)不同,但是都有具體的公式換算。使用轉(zhuǎn)矩傳感器輸出轉(zhuǎn)矩信號(hào)換算的優(yōu)點(diǎn)是避免轉(zhuǎn)矩顯示器對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)的處理造成失真,測(cè)量更加準(zhǔn)確。本發(fā)明實(shí)施例中,采用的轉(zhuǎn)矩傳感器輸出轉(zhuǎn)矩是頻率信號(hào),采用的示波器含有頻率模塊和計(jì)算模塊,可以設(shè)置頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式,因此,測(cè)試時(shí)可以直接得到實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例中,根據(jù)所用轉(zhuǎn)矩傳感器的參數(shù),實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩的計(jì)算按照公式:Torque = A*F+B。其中,F(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的頻率值汸為頻率扭矩的換算系數(shù);B為轉(zhuǎn)矩計(jì)算偏移量;Torque為實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩。
[0022]步驟3:將轉(zhuǎn)子位置調(diào)整至下一間隔位置,重復(fù)步驟2,直至達(dá)到需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍。轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元的位置檢測(cè)精度直接影響到測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度,本發(fā)明中采用的位置檢測(cè)精度可達(dá)0.1電角度。測(cè)試中,有兩個(gè)數(shù)據(jù)需要注意:一是測(cè)試數(shù)據(jù)位置間隔,二是測(cè)試位置范圍。測(cè)試數(shù)據(jù)位置間隔決定齒槽轉(zhuǎn)矩一位置曲線精確度,測(cè)試位置范圍決定測(cè)試的齒槽轉(zhuǎn)矩周期數(shù)。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中,轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)精度達(dá)到0.1電角度,采用的測(cè)試數(shù)據(jù)間隔為0.5電角度,即從零位置開始,每隔0.5電角度,測(cè)試一次。
[0024]根據(jù)電機(jī)的極數(shù)和槽數(shù)計(jì)算出一個(gè)電周期中,齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù)。根據(jù)齒槽轉(zhuǎn)矩的周期數(shù),確定預(yù)設(shè)停止測(cè)試位置。比如所測(cè)電機(jī)的一個(gè)電周期中,齒槽轉(zhuǎn)矩周期數(shù)為n,則電角度(360/n)度,即對(duì)應(yīng)一個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩周期。測(cè)試時(shí),最少測(cè)試O至(360/n)度位置,為了減小測(cè)量誤差的影響,可以適當(dāng)測(cè)試幾個(gè)齒槽轉(zhuǎn)矩周期,求取平均值。
[0025]步驟4:電機(jī)位置到達(dá)預(yù)設(shè)停止測(cè)試位置,停止測(cè)試。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù),得到齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子位置曲線。
[0026]如圖3所示,本發(fā)明補(bǔ)償方法具體實(shí)施時(shí)包括以下步驟:
步驟1:將測(cè)量模塊輸出的齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)取反,得到Tcomm-ostO ;
步驟2:根據(jù)電機(jī)控制的特點(diǎn),找到由于通訊控制造成的延時(shí)T,根據(jù)T以及當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的延時(shí)相位;
步驟3:根據(jù)延時(shí)相位,將Tcomm-ostO移相,得到需要補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩值Tcomm_ost。若此時(shí)轉(zhuǎn)矩需求是Tcomm,則電機(jī)控制需要執(zhí)行的轉(zhuǎn)矩指令應(yīng)為:T = Tcomm - Tcomm_ost。
【權(quán)利要求】
1.一種永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法,其特征在于:在被測(cè)電機(jī)上設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元和轉(zhuǎn)矩傳感器; 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)單元獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置信號(hào),并將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)傳送至上位機(jī),進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置信息顯示;轉(zhuǎn)矩傳感器獲得當(dāng)前齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào),并將齒槽轉(zhuǎn)矩信號(hào)傳送至示波器,進(jìn)行齒槽轉(zhuǎn)矩信息顯示; 將轉(zhuǎn)子位置調(diào)整至下一間隔位置,重復(fù)上述檢測(cè),直至達(dá)到需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍,最終獲得齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于:轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器與被測(cè)電機(jī)軸連接;轉(zhuǎn)矩傳感器與固定調(diào)節(jié)工裝連接固定;通過固定調(diào)節(jié)工裝調(diào)節(jié)、固定被測(cè)電機(jī)軸角度位置即轉(zhuǎn)子位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于:轉(zhuǎn)子位置的測(cè)試間隔為0.5電角度,需要測(cè)試的轉(zhuǎn)子位置范圍根據(jù)被測(cè)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于:示波器含有頻率模塊和計(jì)算模塊,可以根據(jù)頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式,直接計(jì)算出實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩,頻率轉(zhuǎn)矩?fù)Q算公式具體如下, Torque = A*F+B ;其中,F(xiàn)為轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的頻率值;A為頻率扭矩的換算系數(shù);B為轉(zhuǎn)矩計(jì)算偏移量;Torque為實(shí)際齒槽轉(zhuǎn)矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:固定調(diào)節(jié)工裝包括調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套,調(diào)節(jié)桿、法蘭盤、端板、花鍵套固定成一體,轉(zhuǎn)矩傳感器通過花鍵套與固定調(diào)節(jié)工裝固定;電機(jī)軸、轉(zhuǎn)矩傳感器軸、花鍵套三者保證同軸;被測(cè)電機(jī)固定在端板上,法蘭盤固定在端板上。
6.一種利用權(quán)利要求1所述方法的永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償方法,其特征在于:基于測(cè)量獲得的齒槽轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置關(guān)系曲線,將齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)取反,得到Tcomm-ostO ;根據(jù)通訊控制造成的延時(shí)T以及當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的延時(shí)相位;根據(jù)延時(shí)相位,將Tcomm-ostO移相,得到需要補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)矩值Tcomm-ost。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK104333288SQ201410669121
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】王金磊, 羅曉, 蔡交明, 陳立沖, 王瑛 申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司