伺服转子初始位置的检测
采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法
采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法《御&控{舔国羲采用磁编码器实现电机转速与位置检测方法引言全数字化是伺服驱动技术发展的必然趋势,而编码器到伺服驱动单元的数字化连接接口是全数字化伺服驱动技术的重要标志之一.伺服永磁同步电动机(PMSM)近几年来在伺服驱动系统中得到了广泛的应用.伺服永磁同步电动机需要精确的转子磁极位置实现磁场定向和准确的速度反馈进行控制.目前检测转子位置的方法有两类:无传感器技术和传统的机械传感器控制.无传感器技术是近几年研究的热点,主要是利用电机绕组中相关的变量如定子电压,定子电流等,来估算转子的位置和速度_】l,此法虽然省掉了机械传感器,但是该法存在计算量大,不能满宽范围调速要求,对电机的结构有要求等问题,影响了它的应用范围.而传统的方法多采用光电编码器,该方法精度很高l2】,但由于采用的发光元件,其寿命不长,成本高.本文采用一种新型磁编码器对永磁同步电动机转子速度和位置进行检测,实深圳航天技术创新研究院漆亚梅李铁才摘要:针对采用磁编码器作为电机位置检测问题,介绍了磁编码器工作原理和输出模式,及电机转子速度和转子位置测量的几种方法,并在基于DSP~tJPMSM控制系统中进行了实验研究.其研究结果表明:该磁编码器能高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性价比较高.关键词:磁编码器PMSM转速检测转于位置检测现了高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性价比较高.磁编码器工作原理编码器的设计采用了无接触磁编码器芯片AS5040.该芯片是一款世界上最小的l0位多输出旋转磁性编码器集成电路将现场传感霍尔元件,A/D转换,数字信号处理和输出接口集成到单个芯片.因此省去许多磁编码器的外围设备,使其体积给小,成本更低,并且由于采用了无接触传感,因而可以完美的应用于油,灰尘,温度变化大等工况【3】.编码器实物图片如图1所示.编码器工作原理:在芯一片上固定一图1磁编码器实物图片个可产生正弦磁场的两极磁钢,使其围绕芯片中心旋转即可测量角度,可通过磁体的360度旋转探测l024个绝对位置,测量分辨率可达l0位,可测最高转速l0000转/分,可以同时提供增量输出和绝对数出.并且提供了正交编码A/B输出,单通道输出和针对一对或两队极直流无刷电动机U一,厂一w三种不同的增量输出模式,可根据需要通过OTP进行配置;同时还提供了绝对位置数据同步串行接口(SSI),与角度成正比的工作周期PwM输出,提供可编程的起始位置和标记过零信号.该器件能够允许磁场为校准和偏磁,并具有故障自诊断功能,因此其测量精度和可靠性都很高,测速范围宽,能在恶劣环境下工作,与相同分辨率的光电编码器相比,成本只是光电编码器的几分之一3.测速原理与方法转速测量选用磁编码器模式1的增量输出,即将其配置成正交编码A/B模式,该模式下随着电机旋转产生与转速成正比相位差90的正交编码脉冲输出A/B及index信号理想波形,如图2所示,电机每旋转一周indeX输出～ServoControl49智能检测个脉;中,而A/B输出256个脉冲.转子的正反转可以根据A,B两路脉冲信号的相位先后来判断,转速可由如图2方法计算得出.r_1厂]f_]广]-『_]厂]厂]几厂_1厂]r-1:厂]厂]厂一n!:f_]广]图2正交编码A/B及index输出对符号假定时钟频率为f,磁编码器每转脉冲数为N,倍频系数k,n为转速,最大误差率,T为时间间隔,M1在T内对编码器脉;中计数值,M2对时钟脉冲计数值(见图37.(a)M法测速原理(b)T法测速原理(c)M/T法测速原理图3各种测速法原理"M法'铡速通过测量一段固定时间间隔的编码脉冲数来计算转速,适用于高速场合如图3(a)转速为:60M.n—(1)七xN×T相对误差率:==嘉x100%%(2)"T法'0速通过测量编码器相邻脉冲时间间隔来计算转速,适用于低速场合,当速度较高时其准确性较差.由图3b)可得到:60f—k~N—~M(3)2相对误差率:‰=等=×l00%(4)ax×0o%(4)"M/T法'测速"M/T法"测速是上面两种方法的结合,同时测量一定个数编码器脉;中和产生这些脉;中所花的时间,在整个速度范围内都有较好的准确性,但对于低速,该方法需要较长的检测时间才能保证结果的准确性,无法满足转速检测系统的快速动态相应指标.针对于此有提出了变"M/T法"测速法,即M1是可变化的,随着转速的降低M1 将降低,以提高其实时性要求【.如图3(C)为M/T法测速原理,可得转速:6O.k×(5)xNM,J,相对误差率:~max=-An=×l00%(6)×0u%(6)磁编码器转子位置检测同步串行接R(ss1)输出绝对位置当CSn由逻辑高电平变为逻辑低电平时,数据输出(DO)将由高阻态变为逻辑高电平并开始读出数据.数据在时钟信号第一个下降沿来临时写入转换寄存器,每个后续时钟信号上升沿来临时输出一位数据.连续字节包^竺^竺^!:^!^!^l竺^!:角位置数据状态位图4同步串口输出时序图50SewoControlr———一括16位,头1O位是角度信息D【9:0],后续的6位为系统信息,用于校验数据.其中,D9一DO为绝对角位置数据(最高有效位在第一个时钟信号之后).如图4所示.脉宽调制信号输出绝对位置可以输出一个频率为0.9756KHz的脉宽调制信号,其脉冲宽度与测量角度成比例:d-一1(7)t(+oE)…脉宽调制信号信号周期为l025微秒,最小脉宽为】微秒,对应位置为0,对应角度为O度;最大脉宽为1024微秒,对应位置l023,对应角度359.65度,精度可达0.35度.如图5所示,PWM的最小输出脉宽为1US..-_■●峨一..哪.....一...:;i………;'.…;.…:'■:?…;??,??…:?……!一?:? .…j…i,.一一..;...■.:....:....:...:....:....:....:...:….:..一,'—-_一—,——t—''….…''…'………'…..'''!…''一一.'一''.' ;….;…….;…0…;…0……0…..::::::::::''…d''…'图5脉宽调制信号的最小输出脉宽波形实验研究把磁编码器应用于基于TMS320LF2407A永磁同步电动机FOC控制系统的转子速度和位置中,图6基于TMS320LF2407A的永磁同步电动机FOC控制系统中转速和转子位置测量单元结构图(见图6).该在本系统中主要应用了TMS320LE2407A的EVA模块的捕获单元和正交编码电路,以及模数转换单元ADC.图6PMSM控制系统的转速和转子位置测量单元硬件结构图本方案采用M法.磁编码器的将每转产生的256个脉;中A/B正交信号被送入DSP的QEP1~DQEP2,由DSP的QEP正交编码电路自动利用脉冲的4个沿对输入的信号4倍频转换,可以使每转得到1024个脉冲.输入的4倍频脉;中存deX的输出实验测试波形,电机转子每旋转一周,A,B各输出256个脉冲,两相脉冲相差90.,indeX输出一个Jlg;~.模拟输出由PWM输出外接低通滤.j田了_帅,皿唧-■■-豫入到EVA中的TIME2的计数器T2CNT中,根据转向进行增减计数,转向可通过查询GPTCON寄存器I4位获得.i15一dex信号被送入捕捉CAP3,每当indeX发生跳变时,计数器对计数器T2CNT清零,以消除累积误差.根据M法测速算法进行软件编程即可实现速度检测.对于位置的检测,对磁编码器的脉宽调制信号进行变换,通过一个低通滤波器变成0～4.5V与转子位置角成正比的模拟信号直接给DSP的模拟输入ADCINO1,对其位置角进行检测.软件流程图如图7所示.图8,9为磁编码器增量A/B,in一一c—jnto……一……一一～一TM$320LF24047芯片初始化…一一一一…～…程序参数初始亿}………ADC初始化程序～,一Z…一…EvA初始化程序…一!一……中断允许(int2)l～一一一一…主程序循环初始化速度检测子程序.一一!…一一一一,～启动AID转换程序一I■.IlNT2 …～一…一一,结束图7主程序流程图!譬:■:-:::蔓'}??--?:::一'B'…j…:..…'…''…d'叠矗图8正交A和index输出波形图一1哼己_kH圈姗16己kHzt,■●■-■■■■t口l-:_}一.蚺.e§垒!曼盎I墅曼蹩g!f!堡图9正交信号A/B输出波形一町0.胚勘.,a??-,?-?…?……?………………:…? .;t:i一|l__0一≯l.t.Ii0÷善…■;l1_'il;.≥t.…图10模拟输出(《1司服控翩》波器来实现,其实测波形如图10所示, 0—4.5V电压与旋转角度成正比,因此可以通过任意时刻的电压值未读取角度值.结语本文介绍的磁编码器实现了高精度的,同时完成速度和位置全数字反馈控制,且性能与价格比较高.在目前应用最广泛的DSP硬件平台上可直接将磁编码器的测量信号,通过软件编程完成对电机转速和位置的检测与控制,使系统的集成性获得提高.是全数字伺服控制系统的优选器件.作者简介漆亚梅(1962一)男硕士,研究方向为电机与驱动控制.参考文献【1】于庆广.刘葵,王冲,袁炜嘉,钱炜慷,张程等.光电编码器选型及同步电机转速和转子位置测量【J】.电气传动.2006,36(4): 17—19[2】吕德刚李铁才,杨贵杰等.高性能磁编码器设计….仪器仪表,2Oo6,27(6):1347～l350【3]江庆明,杨旭,甘永梅.王晓钰.王兆安等一种基于光电编码器的高精度测速和测加速度方法Ⅲ.微计算机信息,20042o(6):48～49--…__…__…●-…-_…_.…..…..…..…..…_'…_●…(上接第46页)取速度.所以在此处还需要完善.2.组态王作为堆垛机监控系统的上位监控软件,具有实现在线实时监控堆垛机的工作状态,立体仓库的存储状况,绑定底层数据库实现设置堆垛机连续作业,联网实现网络控制与管理等功能,上位机对下位设备状态的动画模拟显示还应进一步完善,从而更形象直观地对现场设备进行状态监控.堆垛机快速存取系统,提高了工作效率,达到了设计要求,随着物流业在我国的迅速兴起,对堆垛机控制系统将提出更高的要求.由于组态软件的控制系统可对系统进行分布式控制与集中管理,它将得到更广泛的应用.作者简介朱帅男研究生,研究方向为智能电气与安全参考文献n】刘毅.自动化立体仓库管理与监控系统研究[D].太原:太原理工大学,2008,I7.[2]彭魏臻.麻红昭PII协议分析[J】化工自动化及仪表,20O6,33(4).【3]秦明森实用物流技术[M].北京:中国物资出版社.2001,38【4】彭魏臻麻红昭PPI协议分析[J]化工自动化及仪表,2006,33(4):8—12,[5】龙永辉,孙中生SiomensPPI协议分析….工业控制计算机._-K~05,18(7):】10}12. ServoControI51。
全数字伺服系统中电机转子初始定位的方法
全数字伺服系统中电机转子初始定位的方法①胡庆波,胡海兵,吕征宇(浙江大学电气工程学院,杭州310027)摘要:使用增量式光电编码器测量电机位置的伺服系统中,在电机启动时,普遍存在无法准确测量出电机转轴初始位置的问题。
电机的初始位置不仅影响伺服系统的定位精度,而且会对电机的启动性能造成一定的影响。
提出了一种电机初始位置的确定方法,通过输出给定位置的定子电流矢量的方法,可以精确检测出电机初始位置。
实验结果表明,使用该方法进行初始定位时,电机仅有微小的振动,并且电机在定位前后启动性能有较大的提高。
关键词:伺服系统;电流矢量;初始位置中图分类号:TM383 文献标识码:A 文章编号:100328930(2005)0420007204M ethod for M ea sur i ng I n iti a l Position of M otor Rotor of a D ig ita l Servo System HU Q ing2bo,HU H ai2b ing,LU Zheng2yu(Schoo l of E lectrical Engineering,Zhejiang U n iversity,H angzhou310027,Ch ina)Abstract:T he inaccu rate m easu rem en t of in itial po siti on of mo to r ro to r w hen the mo to r starts is a p rob lem ex isting in a servo system app lying increm en t pho to2electricity pu lse coder.T he in itial po siti on of mo to r ro to r no t on ly affects po siti on ing p recisi on,also has effect on start-perfo rm ance.T h is paper p ropo ses a m ethod fo r m easu rem en t of in itial po siti on of mo to r ro to r.T he in itial po siti on can be m easu red accu rately th rough con tro lling a given2po siti on cu rren t vecto r of mo to r stato r.Experi m en tal resu lts verify that the start2 perfo rm ance of mo to r can be i m p roved and the mo to r on ly has som e tiny vib rancy du ring the cou rse of m easu rem en t.Key words:servo system;cu rren t vecto r;in itial po siti on1 前言 交流伺服系统[1,2]广泛应用于数控车床、纺织机械、以及电力系统中的传动控制等领域。
基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法
第28卷㊀第2期2024年2月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.28No.2Feb.2024㊀㊀㊀㊀㊀㊀基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法姚培煜1,㊀冯国栋1,㊀吴轩2,㊀彭卫文1,㊀丁北辰3(1.中山大学智能工程学院,广东深圳518107;2.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;3.中山大学先进制造学院,广东深圳518107)摘㊀要:针对永磁同步电机转子初始位置估计的精度与收敛速度受限问题,提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合实现的初始位置估计方法㊂首先,建立初始位置与高频信号响应的关联模型,表明高频响应可用于直接计算初始位置,但直接计算结果在大部分转子位置易受测量噪声的影响㊂为此,提出基于多项式模型建立位置估计非线性模型,选取合适的模型参数,利用少量测试点拟合该模型,即可实现初始位置的快速精确估计,有效提高了估计精度与系统抗干扰能力㊂实验与仿真结果表明,相比现有方法,提出的方法易于实现,无需复杂滤波器与观测器设计,仅需要选取少量测试点即可快速估计精确转子初始位置,在保证估计精度的同时改进了传统估计方法收敛速度慢问题㊂关键词:永磁同步电机;高频信号注入;转子初始位置估计;多项式模型;非线性模型DOI :10.15938/j.emc.2024.02.014中图分类号:TM351文献标志码:A文章编号:1007-449X(2024)02-0142-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-09-24基金项目:国家自然科学基金(52105079,62103455)作者简介:姚培煜(1999 ),男,硕士研究生,研究方向为永磁同步电机无位置传感控制;冯国栋(1988 ),男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为新能源汽车电机系统控制关键技术;吴㊀轩(1983 ),男,博士,副教授,研究方向为电力电子与电力传动㊁大型风力发电技术㊁特种车辆电驱动技术;彭卫文(1987 ),男,博士,副教授,研究方向为系统可靠性㊁智能系统的状态监测㊁故障预测与健康管理;丁北辰(1990 ),男,博士,副教授,研究方向为机器人控制与新能源汽车动力系统控制㊂通信作者:丁北辰High precision initial rotor position estimation method for permanent magnet synchronous motor based on nonlinear modeling and fittingYAO Peiyu 1,㊀FENG Guodong 1,㊀WU Xuan 2,㊀PENG Weiwen 1,㊀DING Beichen 3(1.School of Intelligent Systems Engineering,Sun Yat-sen University,Shenzhen 518107,China;2.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China;3.School of Advanced Manufacturing,Sun Yat-sen University,Shenzhen 518107,China)Abstract :Aiming at the problem that the accuracy and convergence speed of rotor initial position estima-tion of permanent magnet synchronous motor are limited,a nonlinear modeling and fitting method basedon high-frequency signal injection was proposed.Firstly,the correlation model between the initial posi-tion and the high-frequency signal response was established,which shows that the high-frequency re-sponse can be used to calculate the initial position directly,but the direct calculation results are vulnera-ble to the measurement noise in most rotor positions.To solve this issue,a polynomial model was used toestablish the nonlinear model of location estimation,suitable model parameters were selected and a few oftest points were used to fit the polynomial model to achieve rapid and accurate calculation of the initialposition,which effectively improves the estimation accuracy and anti-interference ability of the system. The experimental and simulation results show that compared with the existing methods,in the proposed method it is easy to implement,complex filter and observer design is not needed,and only a few test points need to be selected to quickly estimate the initial position of the precise rotor,which ensures the estimation accuracy and improves the problem of slow convergence of the traditional estimation methods. Keywords:permanent magnet synchronous motor;high frequency signal injection;initial rotor position es-timation;polynomial model;nonlinear model0㊀引㊀言永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)因其结构简单,高效率,高能量密度等优点而被广泛应用于新能源汽车等多个领域[1-3]㊂对于永磁同步电机伺服系统,转子初始位置是保证电机启动性能的重要参数㊂具体而言,精确的初始位置能够提高电机控制性能,若初始位置误差过大,会降低启动性能,甚至会导致电机反转与启动失败[4-6]㊂转子位置可通过光电编码器,旋转变压器等获取,但增加了系统成本和体积,在低成本应用如家用电器以及超高速电机应用中,无位置传感控制技术被广泛应用㊂初始位置估计是无位置传感控制的重要环节,可有效地提高系统启动与控制的可靠性㊂因此,转子初始位置估计对永磁同步电机伺服系统十分关键㊂转子初始位置估计在文献中已有广泛研究㊂其中,利用电感饱和效应是近年来解决转子初始位置估计的重要手段,可分为脉冲电压法[7-10],高频信号注入法[11-23]㊂脉冲电压法通过注入一系列脉冲电压矢量,利用电流响应估计转子位置㊂然而,脉冲电压注入可导致转子转动,且过程耗时长㊂高频信号注入法实现简单,无需电机参数和额外硬件,可分高频旋转电压注入[11-16]和高频脉振电压注入[17-23]㊂高频旋转电压注入法依赖于转子凸极效应,且需要通过坐标变换和滤波器提取转子位置㊂文献[11]对高频电流响应进行低通滤波,根据电流幅值随转子位置变化实现转子位置估计㊂文献[14]对三相高频电流正㊁负序分量分离,利用任意一相正负序相角差估计转子位置㊂文献[15]分析了旋转高频注入方法受采样㊁滤波器的影响,并提出一种补偿算法提高位置观测精度㊂高频脉振电压注入法对凸极性要求不高,适用于表贴式电机㊂文献[17]针对相移问题,改用交直轴响应电流解调去除高频分量㊂文献[18]通过对虚拟直轴施加高频电压产生一系列振动信号实现初始位置估计㊂但该方法需要振动传感器,且在转动惯量较大的应用中,需要较大电流诱导转子振动㊂文献[20]在脉振注入基础上引入载波频率成分法判断磁极极性,避免二次信号注入,简化了实现步骤㊂现有高频信号注入估计方法大多通过滤波环节分离高频信号,再通过观测器估计转子初始位置㊂但滤波器对高频信号的幅值和相位产生影响,限制了系统带宽,无法同时保证转子位置的辨识精度和辨识速度㊂同时,观测器的设计也依赖高频信号响应和电机参数㊂针对以上问题,本文提出一种基于高频信号注入的非线性建模与拟合方法,实现转子初始位置估计㊂在虚拟直轴注入高频信号,解调高频电流响应即可获得初始位置,但易受转子所在位置的影响㊂在此基础上,提出基于非线性建模的初始位置估计方法,利用少数测试对非线性模型辨识,实现对转子位置的精确估计㊂此方法无需复杂滤波器和观测器设计,避免相位偏移和收敛速度慢等问题㊂此外,采用测试点快速拟合估计模型有效提高初始位置估计精度和收敛速度㊂仿真与实验结果验证提出方法的有效性㊂1㊀高频信号注入建模永磁同步电机d-q轴电压方程可表示为:u d=Ri d+L dd i dd t-ωL q i q;u q=Ri q+L qd i qd t+ωL d i d+ωλ0㊂üþýïïïï(1)式中:u d/q㊁i d/q和L d/q分别表示d-q轴电压㊁电流和电感;λ0是永磁磁链;R是绕组电阻;ω是电角速度㊂对应的高频信号注入模型可表示为:u dh=R h i dh+L dhd i dhd t;u qh=R h i qh+L qhd i qhd t㊂üþýïïïï(2)341第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法式中下标h 表示高频分量㊂例如L dh /qh 表示高频电感,R h 表示高频电阻,初始转速为0㊂不失一般性,假设电机转子的初始位置为θ0㊂定义一个虚拟d -q 轴,其虚拟d 轴的位置为θv ,而θ0和θv 间的误差定义为Δθ=θv -θ0,虚拟d -q 轴与真实d -q 轴的关系如图1所示㊂图1㊀虚拟d -q 轴与真实d -q 轴的关系Fig.1㊀Relationship between virtual and actualdq-axis为估计初始位置θ0,将高频电压信号注入虚拟d 轴,可表达为u dh,v =V dh cos(ωh t )㊂(3)式中:u dh,v 表示高频电压;V dh 为幅值;ωh 为频率㊂基于旋转变换可得注入实际d 轴的高频电压信号为:u dh =u dh,v cosΔθ;u qh =u dh,vsinΔθ㊂}(4)式中u dh 和u qh 为注入到真实d -q 轴的高频电压㊂将式(3)和式(4)代入式(2)可得d -q 与α-β轴下的高频电流响应为:㊀i dh =I dd sin(ωh t -φd )cosΔθ;i qh=I dqsin(ωht -φq)sinΔθ㊂}(5)㊀i αh =I dd sin(ωh t +φd )cosΔθcos θ0-I dq sin(ωh t +φq )sinΔθsin θ0;i βh =I dd sin(ωh t +φd )cosΔθsin θ0+I dqsin(ωht +φq)sinΔθcos θ0㊂üþýïïïï(6)㊀I dd =V dh Z dh ;I dq =V dh Z qh;Z 2dh =R 2h +ω2h L 2dh ;Z 2qh =R 2h +ω2h L 2qh ;tan φd =R h ωh L dh ;tan φq =R h ωh L qh㊂üþýïïïïïï(7)式中i αh 和i βh 可由abc 相电流计算获取㊂对α-β轴高频电流进行如下运算,即:M αs ≜avg(i αh sin ωh t )=I 1cosΔθcos θ0-I 2sinΔθsin θ0;M βs≜avg(i βhsin ωht )=I 1cosΔθsin θ0+I 2sinΔθcos θ0㊂}(8)式中: avg(x ) 表示x 在一个或多个周期内的平均值(例如信号x 的5个周期),I 1和I 2表示如下:I 1=0.5I dd cos φd ;I 2=0.5I dq cos φq ㊂}(9)2㊀转子初始位置直接计算2.1㊀高频注入直接计算法原理式(8)存在3个未知数,至少需要两组数据确定θ0㊂为此,将高频信号分别注入2个虚拟d 轴,对应位置分别为θv0和θv1,其中:1)将V dh0cos(ωh0)注入虚拟d 轴θv0,得到i αh0和i βh0;2)将V dh1cos(ωh1)注入虚拟d 轴θv1,得到i αh1和i βh1㊂基于式(8)以及i αh i 和i βh i ,i =0㊁1,可得:M αs0=I 1cos(θv0-θ0)cos θ0-I 2sin(θv0-θ0)sin θ0;M βs0=I 1cos(θv0-θ0)sin θ0+I 2sin(θv0-θ0)cos θ0;M αs1=I 1cos(θv1-θ0)cos θ0-I 2sin(θv1-θ0)sin θ0;M βs1=I 1cos(θv1-θ0)sin θ0+I 2sin(θv1-θ0)cos θ0㊂üþýïïïï(10)不难看出,基于式(10)可直接计算转子初始位置,定义计算出的位置为θr ㊂特别地,当选择虚拟位置满足θv0=0和θv1=π/2时,θr 可表示为:2θr =arccos(cos2θ0),sin2θ0ȡ0;2π-arccos(cos2θ0),sin2θ<0㊂{(11)其中:sin2θ0=B2C -A 2;cos2θ0=DA 2C -A 2㊂üþýïïïï(12)A =M αs0+M βs1=I 1+I 2;B =2M αs1=(I 1-I 2)sin2θ0;C =M 2αs0+M 2βs1+2M 2αs1=I 21+I 22;D =M 2αs0-M 2βs1=(I 21-I 22)cos2θ0㊂üþýïïïïï(13)图2给出了直接计算法的实施流程,高频信号依次注入得到α-β轴高频电流响应,通过式(10)~式(13)计算出转子初始位置的估计值θr ,最后使用短脉冲注入方法辨识转子磁极极性[24]㊂2.2㊀直接计算法估计误差分析不难看出直接计算法的估计误差与高频信号注入的虚拟位置θv0与θv1相关㊂定义直接计算法的估计误差为Δθe =θr -θ0㊂本节研究θv0与θv1的选择与441电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀估计误差Δθe 的关系,指导θv0与θv1的选择㊂图2㊀直接计算法框图Fig.2㊀Block diagram of direct calculation method2.2.1㊀虚拟位置θv0和θv1选择与误差Δθe 的关系直接计算法是将式(3)中的高频信号分别注入虚拟位置θv0和θv1,获得α-β轴高频响应,对其进一步处理得方程组(10),包含3个未知量,利用数值计算可获得估计结果㊂图3为分别在2个转子初始位置θ0下选择任意不同θv0和θv1时,直接计算法估计误差的分布图,图中每个误差点都是在噪声强度为30dB 仿真环境下2000次随机试验的平均值㊂下文若无特别说明,仿真环境中的噪声强度统一为30dB㊂不难看出,当θv0和θv1越接近,Δθe 越大;当θv0=θv1时,式(10)中的方程式个数变为2个,方程组无解;当θv0和θv1的差值越大,估计误差受噪声影响越小㊂θv0和θv1分别取0和π/2时估计误差相对最小㊂图3㊀不同θv0和θv1的估计误差分布Fig.3㊀Estimation error distributions of different θv0and θv12.2.2㊀不同转子位置的误差Δθe 分析本节探讨转子在不同初始位置直接计算法的估计误差㊂图4给出了不同转子位置的估计误差㊂其中,虚拟位置设置为θv0=0和θv1=π/2;每个误差点都是对同一位置2000次随机试验的平均值㊂可以看出θ0在[0,π]上的估计误差Δθe 呈现三角函数规律变化,在θ0=0㊁π/2㊁π/4附近时θr 的误差Δθe 较小,最小误差约为0.01rad,而在θ0=π/4㊁3π/4附近时θ0的误差Δθe 非常大,最大误差为0.063rad,最大误差是最小误差的6倍以上㊂导致误差呈三角函数规律变化的原因如下:在式(10)中噪声来源于M αs 和M βs ,而在使用式(10)求解θr 时,对cos2θ0进行反三角变化求解θr ㊂对式(10)等式右边变换拆解,提取含有cos2θ0的部分为:S αs =0.5(cos θv (I 1-I 2)cos2θ0)M αs ;S βs =0.5(sin θv (I 1-I 2)cos2θ0)M βs㊂üþýïïïï(14)式中:S αs 和S βs 可以近似表示信号与噪声的比例,即信噪比(signal to noise ratio,SNR)㊂当θ0接近π/4㊁3π/4时,cos2θ0趋于0,S αs 和S βs 趋于0㊂θ0趋于0㊁π/2㊁π时,cos2θ0趋于1,S αs 和S βs 远大于0㊂即Δθe 随着cos2θ0变化而波动㊂不难发现,由于测量噪声的存在,基于式(10)的直接计算法的估计误差在不同转子位置的波动非常大,特别是转子位置在π/4㊁3π/4附近的估计误差比最小误差增加了6倍㊂因此,本文提出基于非线性建模与拟合的方法估计初始位置,提高估计精度和降低估计误差的波动㊂图4㊀直接计算法在不同转子位置的误差变化Fig.4㊀Error variation of direct calculation method atdifferent rotor positions3㊀基于非线性建模与拟合的初始转子位置估计3.1㊀基于多项式建模与曲线拟合的估计方法基于式(8),定义M s ≜M 2αs +M 2βs =I 22+(I 21-I 22)cos 2(θv -θ0)㊂(15)541第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法式中M s 以虚拟d 轴位置θv 为自变量的函数,且M s在θv 满足下式时取最大值:Δθ=θv -θ0=0or π㊂(16)如图5所示,考虑在一个周期内,函数M s (θv )在θv <θ0时递增,在此处后递减,这表明转子初始位置θ0可在函数曲线M s (θv )的最大值处得到㊂图5㊀θ0=π/2时M s (θv )曲线Fig.5㊀Curve of M s (θv )at θ0=π/2考虑到直接计算法受测量噪声影响较大,本文提出利用多项式函数对M s (θv )建模,进而在M s (θv )的最大值处确定初始位置θ0㊂不失一般性,本文使用k 阶多项式对M s (θv )建模,即M s (θv )=a k θk v +a k -1θk -1v+ +a 1θv +a 0㊂(17)式中a 0, ,a k -1,a k 为k 阶多项式的系数,可通过曲线拟合估计㊂当a 0, ,a k -1,a k 确定,初始位置θ0可以通过求解下式获得:d M s (θv )d θv =ka k θk -1v +(k -1)a k -1θk -2v+ +2a 2θv +a 1=0㊂(18)当k =2或3时,θ0的估计为:θ0=-a 12a 2,k =2;-a 2ʃa 22-3a 3a 13a 3ɪ[0,π2],k =3㊂ìîíïïïï(19)综上,基于提出的初始位置估计分为两步:第一步:设置N 个虚拟d 轴位置,注入高频测试信号并采集数据用于拟合M s (θv );第二步:基于最小二乘估计a 0, ,a k -1,a k ,并用式(19)计算初始位置θr ㊂图6给出了第一步的图解,假设N 个虚拟d 轴位置为{θv1,θv2, ,θv N },通过电流计算获得{M s1,M s2, ,M s N }㊂基于上述数据与最小二乘法拟合的多项式系数可表示为a =(ϕT ϕ)-1ϕT M ㊂(20)式中:a =[a 0,a 1, ,a k ]T ;ϕ=θk v1θk -1v1θv11θk v2θk -1v2 θv21︙︙︙︙θk v N θk -1v N θv N 1éëêêêêêêùûúúúúúú;M =[M s1,M s2, ,M s N ]T ㊂üþýïïïïïïïïï(21)图6㊀第一步的步骤图Fig.6㊀Diagram of the first step图7给出了此方法的实施框图㊂定义测试点固定间距为θL ,高频电压信号依次注入d 轴虚拟位置θv i =θv i -1+θL ,i =1, ,N ㊂采集α-β轴电流响应,利用式(15)计算M s (θv )用于建模与拟合,利用式(19)计算初始位置θ0㊂图7㊀拟合估计法框图Fig.7㊀Block diagram of fitting estimation method3.2㊀多项式模型参数选择首先,讨论如何选择合适的参数k ㊂一般选择k =2~4可满足估计精度要求㊂考虑到实际环境中的测量噪声,图8为使用不同阶次的多项式拟合M s (θv )㊂从表1不难发现,曲线拟合误差随着k 的增加而越小,但在θ0附近使用二阶多项式拟合即可实现较好的拟合精度㊂641电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀表1㊀不同阶次多项式的拟合精度比较Table 1㊀Comparison of fitting precision between differentorder polynomials参数转子位置/rad 拟合误差/rad真实位置θ00.7854 二阶多项式0.83080.0454三阶多项式0.82730.0419四阶多项式0.82560.0402图8㊀不同阶次多项式拟合M s (θv )Fig.8㊀Fitting M s (θv )with different order polynomials拟合k 次多项式最少需要k +1个拟合点,即N ȡk +1㊂其次,研究如何选取合适的虚拟位置{θv1,θv2, ,θv N },保证初始位置估计精度㊂图9给出了选择k =2㊁N =3㊁4㊁5时的估计误差㊂从图9中不难发现拟合点数量N =5较N =4拟合精度提升并不明显,但需要增加测试点;而N =4较于N =3估计精度有显著提高,且N =4对应的估计精度已满足应用需求㊂综合实现复杂度与估计精度要求,本文选择N =4个拟合点实现多项式模型的拟合㊂图9㊀不同拟合点数量的估计误差Fig.9㊀Estimation error between different number offitting points直接计算法估计的θr 可用于确定一个θ0的粗略分布区域㊂假定θ0=π/4㊁k =2㊁N =4㊂分别在区间R 1=[0,π/2]㊁R 2=[π/8,3π/8]和R 3=[3π/16,5π/16]内随机选取拟合点进行曲线拟合估计,表2是进行2000次随机实验的平均误差,表明通过θr 确定一个合适的区间可以有效地提高估计精度㊂表2㊀不同拟合点选取区间的拟合精度比较Table 2㊀Comparison of fitting precision between differentselection interval of fitting points参数转子位置/rad 拟合误差/rad 真实位置θ00.7854R 10.95280.1674R 20.95680.1714R 30.89680.1114M s (θv )曲线在峰值附近以峰值为中心左右对称,因此在两侧对称选取拟合点能有效提高拟合效果㊂考虑到估计的θr 接近峰值位置,因此本文选择在θr 左右对称地选取拟合点㊂具体而言,首先确定左侧第一个拟合点,其次在当前位置叠加θL 确定下一拟合点位置,该过程可表示为θ2=θ1+θL , ,θN =θN -1+θL ㊂(22)式中θL 对拟合结果有显著影响㊂假定θ0=π/4㊁k =2㊁N =4,图10给出了选择不同θL 时估计误差的变化曲线㊂不难看出,选择θL =0.558rad 估计误差最小㊂综上,本文选择二阶多项式四点拟合,其中拟合点以直接计算值θr 左右对称等间距θL =0.558rad 选取㊂图10㊀不同拟合点间距的估计误差Fig.10㊀Estimation error under different θL3.3㊀多项式曲线拟合法仿真实验本节通过仿真结果验证提出方法的有效性㊂上文分析得出k 阶多项式参数k =2㊁N =4以及拟合点741第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法间距选择θL =0.558rad,具有较高的估计精度,下文仿真实验都将使用此模型参数㊂图11是假定初始位置θ0=π/4时,分别使用直接计算法和拟合估计法进行2000次随机实验的估计误差分布㊂不难发现,相比于直接计算法,曲线拟合估计法在同一转子位置上的估计误差和误差波动都更小㊂图11㊀2000次随机实验的估计误差分布Fig.11㊀Estimated error distributions for 2000randomized tests图12为使用高频注入直接计算法和曲线拟合估计法在不同转子位置上的估计误差比较,图12(a)㊁(b)分别为30dB 和40dB 测量噪声下的结果㊂图中每点都是进行了2000次实验的平均估计误差㊂可以发现在θ0=π/4㊁3π/4附近的大部分区域,拟合误差远小于直接计算误差,差值最大的位置拟合误差较直接计算误差减小了0.0352rad,减小了56%㊂另外,对比不同噪声强度环境可以发现,曲线拟合估计法在不同噪声强度下都能够保持较大幅度的估计精度提升㊂曲线拟合法在超过80%的转子位置上估计误差小于直接计算法,在一些位置误差能减小50%以上㊂但在θ0=0㊁π/2㊁π附近其余20%的位置上,因信噪比较大,直接计算法估计误差小于曲线拟合法㊂因此在一个电角度周期内,可以采用两种方法混合估计,当θ0在0㊁π/2㊁π附近小部分区域时令θr 为最终估计结果,否则进一步实施拟合方法估计初始位置,如表3所示㊂图12㊀不同转子位置上估计误差对比Fig.12㊀Comparison of estimated errors between differ-ent rotor positions表3㊀不同转子位置上3种方法的区别Table 3㊀Difference of three methods between differentrotor positions方法θ0在0㊁π/2㊁π附近其他位置直接计算法直接计算直接计算拟合估计法拟合估计拟合估计混合估计法直接计算拟合估计在所有位置上,θr 的平均误差为0.0432rad,拟合θ0的平均误差为0.0268rad,混合估计法可使平均误差进一步减小到0.0248rad㊂整体估计精度提高40%,且拟合估计值的误差波动更小㊁更平稳㊂4㊀实验验证在图13所示的PMSM 样机实验平台上验证本文所提出的方法㊂实验电机的设计参数如表4所示㊂测试电机配备高分辨率光学编码器,单转脉冲数(PPR)为2500㊂从该编码器测量的转子位置将被用来评估提出估计方法的性能,不参与实际控制㊂在实验平台验证方法过程中,电机的转速与转矩都为0㊂注入高频信号的参数为:注入信号频率ωh =150Hz,注入信号幅值V dh =20V㊂选择的非线性模型参数为:k =2㊁N =4㊁θL =0.558rad㊂图14出了使用此参数对M s (θv )进行建模估计θ0的例子㊂841电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第28卷㊀图13㊀实验装置Fig.13㊀Experimental device 表4㊀实验电机的设计参数Table 4㊀Design parameters of experimental motor图14㊀实验验证的拟合估计法例子Fig.14㊀Examples of fitting estimation method verifiedby experiment首先,实验一在不同转子位置进行实验以评估提出估计方法的效果㊂图15(a)给出了电机一个电角度周期内8个位置的估计结果,不难发现估计结果与真实位置十分接近,具体误差分布见图15(b)㊂从图15可以看出,一个电角度周期内,最大拟合误差0.0412rad,最小拟合误差0.0035rad,平均拟合误差约为0.018rad㊂结果表明,曲线拟合估计法能精确估计转子初始位置㊂其次,实验二对比直接计算法与拟合估计法的实验结果㊂直接计算法从α-β轴高频响应电流计算转子初始位置,曲线拟合估计法采用二阶多项式四点非线性建模与拟合估计转子位置㊂估计结果对比如图16(a)所示,2种方法的估计误差对比如图16(b)所示㊂可以看出,直接计算法的平均估计误差为0.034rad,最大估计误差0.114rad,拟合估计的平均拟合误差为0.016rad,最大拟合误差0.042rad㊂实验证明提出的方法相比于传统高频注入法大幅提升了估计精度,降低了误差波动㊂图15㊀实验一的转子初始位置估计结果Fig.15㊀Rotor initial position estimation results inexperiment 1图16㊀实验二的转子初始位置估计结果比较Fig.16㊀Comparison of rotor initial position estimationresults in experiment 25㊀结㊀论本文提出一种基于高频注入的非线性建模与拟合的转子初始位置估计方法,并通过仿真和实验验941第2期姚培煜等:基于非线性建模与拟合的永磁同步电机转子初始位置精确估计方法证提出方法的有效性㊂提出的方法利用少数测试点对位置估计非线性模型快速拟合,实现简单,不依赖电机参数,无需复杂滤波器和观测器的设计㊂实验结果表明,最大误差小于0.05rad,平均误差小于0.02rad㊂与现有方法相比,提出的方法具有估计精度高,收敛速度快,易于实现等优势,工程实用价值高㊂此外,该方法同样在无位置传感器控制技术上有潜在的应用前景㊂参考文献:[1]㊀SHOU W,KANG J,DEGANO M,et al.An accurate wide-speedrange control method of IPMSM considering resistive voltage drop and magnetic saturation[J].IEEE Transactions on Industrial E-lectronics,2020,67(4):2630.[2]㊀朱元,肖明康,陆科,等.电动汽车永磁同步电机转子温度估计[J].电机与控制学报,2021,25(6):72.ZHU Yuan,XIAO Mingkang,LU Ke,et al.Rotor temperature estimation for permanent magnet synchronous motors in electric ve-hicles[J].Electric Machines and Control,2021,25(6):72. 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伺服电机检测标准
伺服电机检测标准伺服电机检测标准伺服电机是一种常用的电动机，广泛应用于工业自动化领域。
为了确保伺服电机的正常运行和性能稳定，需要进行定期的检测和维护。
本文将介绍伺服电机的检测标准，以帮助工程师们更好地了解和应用伺服电机。
1. 外观检查首先，需要对伺服电机的外观进行仔细检查。
检查外壳是否有明显的损坏或变形，观察连接部件是否牢固，检查电机的冷却系统是否正常运行。
此外，还需要检查电机的标识和铭牌是否清晰可见，以确保电机的型号和参数与实际情况相符。
2. 绝缘电阻测量绝缘电阻是评估电机绝缘性能的重要指标。
使用绝缘电阻测试仪对伺服电机的绝缘电阻进行测量，通常应满足一定的标准要求。
一般来说，绝缘电阻应大于几十兆欧姆，以确保电机在正常工作状态下不会出现绝缘故障。
3. 转子平衡度测量转子平衡度是评估伺服电机转子质量分布均匀性的重要指标。
通过在转子上安装平衡块，并使用动平衡仪进行测量，可以得到转子的平衡度。
一般来说，转子平衡度应满足一定的标准要求，以避免电机在高速旋转时出现振动和噪音。
4. 齿轮间隙测量对于带有齿轮传动的伺服电机，齿轮间隙的大小直接影响到传动效率和精度。
使用齿轮间隙测量仪对齿轮间隙进行测量，并与标准值进行对比，以确保齿轮传动的正常运行。
5. 温升测试温升测试是评估伺服电机工作时产生的热量和散热性能的重要方法。
通过在一定负载下连续运行电机，并测量电机表面温度的变化，可以得到电机的温升情况。
一般来说，温升应控制在一定范围内，以确保电机在长时间工作时不会过热。
6. 轴向游隙测量轴向游隙是评估伺服电机轴向运动精度的重要指标。
通过使用轴向游隙测量仪对伺服电机轴向游隙进行测量，并与标准值进行对比，可以评估伺服电机的轴向运动精度。
7. 回转精度测试回转精度是评估伺服电机位置控制精度的重要指标。
通过在一定位置范围内连续运行电机，并测量实际位置与目标位置之间的偏差，可以评估伺服电机的回转精度。
一般来说，回转精度应满足一定的标准要求，以确保伺服电机在位置控制中具有较高的精度。
伺服电机选型计算
伺服电机选型计算引言伺服电机是一种能够精确控制转速、位置和加速度的电机，广泛应用于工业自动化领域。
为了正确选型伺服电机，需要综合考虑多个因素，如负载特性、所需转动速度、加速度和减速度等。
本文将介绍伺服电机的选型计算方法。
1. 伺服电机基本参数在选型计算之前，首先需要了解伺服电机的基本参数，这些参数对于计算非常重要。
常见的基本参数包括：•额定转矩：伺服电机能够连续输出的最大转矩。
•额定转速：伺服电机在额定负载下能够达到的最高转速。
•道数：伺服电机的反馈器件信号周期数量，通常是脉冲或电压。
•分辨率：伺服电机的转子位置检测精度，通常以脉冲数表示。
2. 负载特性分析选型伺服电机的第一步是分析负载特性。
负载特性包括负载转矩和转动惯量。
可以通过以下公式计算负载转矩：负载转矩 = 工作负载 × 工作半径其中，工作负载是指应用中所需的转矩，工作半径是转轴到工作力点的距离。
转动惯量是指负载物体抵抗转动的惯性，可以通过以下公式计算：转动惯量 = 负载质量 × 负载半径²负载质量是指负载物体的质量，负载半径是转轴到负载质心的距离。
3. 加速度计算在伺服电机选型中，需要考虑加速度和减速度，以确保电机能够在规定的时间内达到所需速度。
加速度的计算公式如下：加速度 = (目标速度 - 初始速度) / 时间其中，目标速度是所需达到的最终速度，初始速度是实际启动时的初始速度。
4. 选型计算有了上述参数和计算公式，可以开始具体的选型计算。
选型计算主要包括以下步骤：1.确定工作负载和工作半径。
2.计算负载转矩和转动惯量。
3.确定加速度和减速度的要求。
4.根据负载转矩和转动惯量，选择能够满足要求的伺服电机。
5.检查是否满足速度要求，如果不满足，可以考虑调整加速度和减速度参数。
在具体计算中，还需要考虑一些额外因素，如安全系数、附加负载等。
结论伺服电机选型计算是一项重要且复杂的任务，需要综合考虑多个因素。
通过合理的选型计算，可以确保伺服电机能够满足工作需求，并提供稳定和可靠的运行。
伺服电机检测
伺服电机检测伺服电机是一种能够根据输入信号进行位置或速度控制的电机。
它通常由电机驱动器和反馈装置组成，可以实现高精度的运动控制。
伺服电机广泛应用于机械设备、工业自动化和机器人等领域。
为确保伺服电机的正常工作，对其进行检测和测试是非常重要的。
伺服电机的检测主要包括以下几个方面：机械结构检测、电气性能检测和控制系统检测。
首先，对伺服电机的机械结构进行检测。
这包括检查电机轴承的磨损情况，确认电机转子是否能够自由旋转，并且检查电机的连接螺栓是否松动。
另外，还需要检查电机的外壳是否存在破损或变形等问题，以确保电机的机械结构完好无损。
其次，对伺服电机的电气性能进行检测。
这包括检查电机的绝缘电阻是否符合标准要求，使用万用表等测试仪器对电机的电阻、电压和电流进行测量，并与设备手册中的规格进行对比。
此外，还需要检测电机的温升情况，确保电机在运行过程中不会因过热而损坏。
最后，对伺服电机的控制系统进行检测。
这包括检查伺服电机的驱动器和反馈装置是否正常工作，是否能够正确接收和响应控制信号。
可以通过连接伺服电机到控制器，并进行一系列运动控制和位置检测来验证控制系统的性能。
同时，还需要检查伺服系统的PID参数是否设置正确，以确保伺服电机能够稳定地控制运动。
在进行伺服电机检测时，还需要注意一些细节。
首先是检测环境的安全性，确保检测过程中没有危险因素存在。
其次是使用合适的测试仪器和工具进行检测，以获取准确的测试结果。
此外，还需要记录和保存测试数据，以备日后对比分析和故障排查使用。
总之，伺服电机的检测是确保其正常工作的重要环节。
通过对机械结构、电气性能和控制系统的检测，可以及时发现和排除潜在问题，以保证伺服电机的稳定性和可靠性。
因此，对伺服电机进行定期的检测和测试是非常值得推荐的做法，可以提高设备的工作效率和寿命，同时减少故障和维修的风险。
清能德创电气技术（北京）有限公司 DriveStarter V3.0 用户说明书
2019 DriveStarter V3.0用户说明书清能德创电气技术（北京）有限公司2019年11月DriveStarter V3.0用户说明书目录目录 (I)调试软件DriveStarter (2)DriveStarter简介 (2)DriveStarter运行环境 (2)打开DriveStarter (2)DriveStarter主窗口 (3)DriveStarter菜单一览表 (4)使用DriveStarter (6)用户登录 (6)连接 (6)参数管理 (7)离线伺服参数查看 (18)对象字典查看 (18)产品信息查看 (19)故障信息查看 (20)修改控制权 (21)电机模式设置 (22)更改模块备注信息 (22)转子补偿角检测 (23)编码器操作 (24)试运行 (25)数据追踪 (28)故障追踪数据 (29)故障代码查询 (30)实时监控 (30)DriveStarter通讯干扰抑制 (32)调试软件DriveStarterDriveStarter简介DriveStarter是用于CoolDrive R/A8/RC系列伺服驱动器的现场调试的软件。
可在PC上实现伺服驱动器参数在线修改、系统状态实时监控、故障诊断以及跟踪记录等调试功能。
DriveStarter为免安装软件，只要把软件的文件夹拷贝到PC硬盘上，运行DriveStarter 3.exe文件即可。
随着CoolDrive R/A8/RC系列伺服驱动器的不断改进以及DriveStarter功能的不断完善，DriveStarter 的版本会有所更新。
DriveStarter运行环境处理器：主频1GHz内存：2GB显示器：1024×768 pixels 16-bit color depth注：以上均为最低要求。
DriveStarter适用操作系统：Microsoft Windows 7 (32-Bit/64-Bit)Microsoft Windows 8 (32-Bit/64-Bit)Microsoft Windows 10 (32-Bit/64-Bit)注：由于部分杀毒软件会误报本调试软件为病毒，因此使用时请关闭杀毒软件。
伺服电机转子与编码器位置对准校正
伺服电机转子与编码器位置对准校正论坛中总是有人问及伺服电机编码器相位与转子磁极相位零点如何对齐的问题，这样的问题论坛中多有答复，本人也曾在多个帖子有所回复，鉴于本人的回复较为零散，早就想整理集中一下，只是一直未能如愿，今借十一长假之际，将自己对这一问题的经验和体会整理汇总一下，以供大家参考，或者有个全面的了解。
永磁交流伺服电机的编码器相位为何要与转子磁极相位对齐其唯一目的就是要达成矢量控制的目标，使d轴励磁分量和q轴出力分量解耦，令永磁交流伺服电机定子绕组产生的电磁场始终正交于转子永磁场，从而获得最正确的出力效果，即“类直流特性〞，这种控制方法也被称为磁场定向控制〔FOC〕，达成FOC控制目标的外在表现就是永磁交流伺服电机的“相电流〞波形始终与“相反电势〞波形保持一致，如下列图所示：图1因此反推可知，只要想方法令永磁交流伺服电机的“相电流〞波形始终与“相反电势〞波形保持一致，就可以达成FOC控制目标，使永磁交流伺服电机的初级电磁场与磁极永磁场正交，即波形间互差90度电角度，如下列图所示：图2如何想方法使永磁交流伺服电机的“相电流〞波形始终与“相反电势〞波形保持一致呢？由图1可知，只要能够随时检测到正弦型反电势波形的电角度相位，然后就可以相对容易地根据电角度相位生成与反电势波形一致的正弦型相电流波形了。
在此需要明示的是，永磁交流伺服电机的所谓电角度就是a相〔U相〕相反电势波形的正弦〔Sin〕相位，因此相位对齐就可以转化为编码器相位与反电势波形相位的对齐关系；另一方面，电角度也是转子坐标系的d轴〔直轴〕与定子坐标系的a轴〔U轴〕或α轴之间的夹角，这一点有助于图形化分析。
在实际操作中，欧美厂商习惯于采用给电机的绕组通以小于额定电流的直流电流使电机转子定向的方法来对齐编码器和转子磁极的相位。
当电机的绕组通入小于额定电流的直流电流时，在无外力条件下，初级电磁场与磁极永磁场相互作用，会相互吸引并定位至互差0度相位的平衡位置上，如下列图所示：图3比照上面的图3和图2可见，虽然a相〔U相〕绕组〔红色〕的位置同处于电磁场波形的峰值中心〔特定角度〕，但FOC控制下，a相〔U相〕中心与永磁体的q轴对齐；而空载定向时，a相〔U相〕中心却与d轴对齐。
交流永磁伺服电机转子初始位置估算方法
１ 引 言
交 流永磁 伺 服 电机 的启 动 是 一个 关 键 问 题 。 目前 市 面上 的交 流 永 磁 伺 服 电 机 有 几 种 ： 有 绝 带 对式 编码 器 ； 有 Ｕ， ， ３个 磁 极 位 置 信 号 传 带 Ｗ 感器 ； 多 的是 只 带 有 增 量 式 编 码 器 。对 于 不 带 更 绝对位 置 传感 器 而又没 有 磁极 位置 信 号 的交流 永 磁伺 服 电机 ， 始 位 置 的 确定 尤 为 困难 。解 决 这 初
维普资讯
Ｅ Ｅ Ｔ Ｉ Ｒ ＶＥ ２ ０ Ｖ １３ Ｎｏ ７ Ｌ Ｃ ＲＣＤ Ｉ ０８ ｏ． ８ ．
电 气 传 动 ２ ０ ０ ８年 第 ３ ８卷 第 ７ 期
交 流 永 磁 伺 服 电机 转 初 始 位 置 估 算 方 法 子
游林 儒 ， 陈海 燕 ， 邱澍 丰
Ｄ Ｐ的平 台上用 汇编语 言实现 了算 法 。 Ｓ 本 系统 采用 的是 永 磁 同步 电机 ， 的 电磁 转 它 矩 是 由定子 旋 转磁场 与 转子 磁极 相互 作用 而产 生 的 ， 常运行 时 ， 正 同步 电机 的定 子 磁场 转速 与转 子 磁极 运 转 速 度 同步 。而 电机 启 动 时 转 子 是 静 止 的， 没有 位置 角 就 难 以 给 出精 确 的 电压 矢 量 来 给
ＴＭＳ ２ Ｌ ２ Ｏ Ａ 的 数 字 平 台上 得 到 了 实 现 。 ３Ｏ Ｆ ４７ 关 键 词 ： 始 位 置 ； 子静 止 ； 初 转 二次 回 归 中 图分 类 号 ： Ｍ３ １ ＴＭ３ １ Ｔ ５； ４ 文献标识 码 ： Ａ
2023年1月江苏省高等教育自学考试运动控制系统(课程代码08246)
2023年1月江苏省高等教育自学考试运动控制系统(课程代码08246)注意事项:1.本试卷分为两部分,第一部分为选择题,第二部分为非选择题。
2.应考者必须按试题顺序在答题卡(纸)指定位置上作答,答在试卷上无效。
3.涂写部分,画图部分必须使用2B铅笔,书写部分必须使用黑色字迹签字笔。
第一部分选择题一,单项选择题:本大题共10小题,每小题2分,共20分。
在每小题列出的备选项中只有一项是最符合题目要求的,请将其选出。
1.直流电动机的感应电动势与电枢绕组旋转速度A.成正比B.成反比C.无关系D.成非线性关系2.通常PWM变换器实现调压目的的方法是A.定宽调频法B.调宽调频法C.定频调宽法D.定间调频法3.半闭环位置伺服系统与全闭环位置伺服系统的根本区别在于A.位置调节器不同B.位置检测元件及其安装位置不同C.位置检测精度不同D.控制环路数量及传感器种类不同4.永磁同步电机采用矢量控制时,必须进行初始位置检测,采用的转子位置检测元件是A.绝对式光电脉冲编码器B.增量式光电脉冲编码器C.霍耳位置传感器D.电位器式位置传感器5.为确保系统的稳定性和实现无超调位置控制,位置伺服系统中的位置调节器宜采用的类型是A.比例积分微分型B.比例积分型C.比例型D.比例微分型6.不对称规则采样法所形成的SPWM 波形更接近于A.正弦波B.三角波C.斜坡D.方波7.异步电动机产生定子旋转磁势的定子电流可以分解成两个分量,分别为A.电枢电流分量,转矩电流分量B.感应电流分量.励磁电流分量C.励磁电流分量,负载电流分量D.转矩电流分量、负载电流分量8.转速电流双闭环调速系统在起动的电流上升阶段中,两个调节器的状态为A.ASR和ACR均饱和限幅输出B.ASR不饱和,ACR饱和限幅输出C.ASR饱和限幅输出,ACR不饱和D.ASR由不饱和很快达到饱和,ACR不饱和9.下列指标中,属于扰动输人抗干扰性能指标的是A.上升时间B.峰值时间C.恢复时间D.调节时间10.某一伺服系统的位置调节器的增益是K,,速度环增益是K.,光电编码器检测增益是K,对于单位斜坡位置输人指令信号,跟随误差为A.c=-1/K.B.e=1/K。
永磁同步电机初始位置检测及启动方法
作者简介 何伟民（1987-），男，山西省高平市人。大 学本科学历。助理工程师。研究方向为变电运 行维护。
作者单位 山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公 司 山西省高平市 048400
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程 • 199
本文采用霍尔磁极检测法方案，该方案 在转子微小转动的基础上便可以实现转子初始 位置的准确定位，实现接近负载咬合启动。硬 件成本低、效率高，是一种较为理想的方案。
霍尔磁极检测器的的 UVW 三相信号用来 检测磁极位置，首先粗略估计出转子磁极当前 的位置，使电机咬合负载启动，然后电机运行 过程中通过检测光栅编码器的 Z 信号进行校 正。
• 电力电子 Power Electronics
表 1：UVW 状态与转子电空间对应表
UVW 状态
110
010
011
001
101
100
区间
0°～ 60°
60°～ 120°
120°～ 180°
180°～ 240°
240°～ 300°
300°～ 360°
（5） 电机启动时，ωr=0，则运动方程可写为：
• Power Electronics 电力电子
永磁同步电机初始位置检测及启动方法
文/徐志书 杨金鹏 岳宗帅 李东东 王婕
摘
本 文 从 节 省 成 本 角 度 出 发，
提出基于霍尔磁极对转自初始位 要 置检测及启动方案，为永磁同步
电机拖动系统与伺服系统工程研
究提供方案参考。
【关键词】永磁同步电机 初始位置检测 启动 方法
3.3 负载短路抑或接地技术
三相交流伺服电机工作原理
三相交流伺服电机工作原理
三相交流伺服电机是一种常用的电机控制器件，它通过电机控制器控制电流的大小和方向，从而实现电机的精确控制。
其工作原理如下：
1.工作原理
三相交流伺服电机由一个旋转部分和一个固定部分组成。
旋转部分包括转子和轴承，固定部分则包括定子。
在电机工作时，通过控制器向电机的三个定子绕组引入带有不同幅值和相位的三相交流电流，形成旋转磁场。
2.电磁感应
当电流通过定子绕组时，根据法拉第电磁感应定律，定子绕组中的电流会产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场与转子磁场相互作用，导致转子随之旋转。
3.转子位置检测
为了实现精确控制，通常在电机中加入位置传感器或编码器，用于检测转子的位置。
位置信号被传送到控制器中，控制器根据这些信号调整电流的大小和相位，以使转子停在所需位置。
4.反馈控制
通过接收来自位置传感器的反馈信号，控制器能够实时调整电流的控制方式，以保持电机始终保持在所需位置。
这种反馈控制可以使电机具有较高的控制精度和稳定性。
总结：三相交流伺服电机通过控制器控制电流的大小和相位，
利用电磁感应原理和转子位置反馈信号，实现对电机的精确控制。
第7章三相永磁同步伺服电动机的控制ppt课件
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第7章
第二节 三相永磁同步伺服电动机的
控制策略
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
以保持相电流幅值的不变。
在上面介绍的两种控制方式中，id=0的控制方式是最
常用的方式，下面主要介绍这种控制方式。
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第二节
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
2．用软件实现空间电压矢量脉冲宽度调制（SVPWM） 用软件实现空间电压矢量脉宽调制的方法也是一种通
常使用的方法，这种方法的优越性在于其控制精度比 较高。 首先确定要求输出的电压空间矢量的幅值和方向角， 才能进行SVPWM运算。在三相永磁交流伺服电动机控 制系统中，可以通过闭环的实时计算来获得电压空间
经 营 者 提 供 商品或 者服务 有欺诈 行为的 ，应当 按照消 费者的 要求增 加赔偿 其受到 的损失 ，增加 赔偿的 金额为 消费者 购买商 品的价 款或接 受服务 的费用
第二节
三相永磁同步伺服电动机的控制策略
1.控制id=0以实现最大转矩输出：
目前大多数的交流伺服电动机用于进给驱动，电动机 工作于其额定转速以下，属于恒转矩调速方式。在 这类应用场合，追求的是在一定的定子电流幅值下能 够输出最大的转矩，因此最佳的控制方式是使定子电
磁极初始角
磁极初始角
磁极初始角在电机控制领域，特别是永磁同步电机（PMSM）和同步电机的控制中，是指电机启动时转子永磁体磁极轴线与定子绕组参考坐标轴之间的电角度。
这个角度对于矢量控制（FOC，Field Oriented Control）等高级控制策略至关重要，因为准确知道磁极初始角能够确保逆变器正确地向电机各相提供正交电流，实现高效的力矩控制。
在实际应用中，确定永磁电机转子磁极初始角的过程通常被称为“初始位置检测”或“磁极位置检测”。
它可以通过多种方法来实现，例如：
1. 采用霍尔传感器、编码器或者旋转变压器等位置传感器直接测量。
2. 无传感器方法，通过施加特定的电压空间矢量并检测电机绕组中的电流响应来间接估计磁极位置。
这种方法可能包括诸如自学习过程，在电机静止状态下以一定顺序切换激励状态，观察产生的电流特征变化，从而推算出初始磁极角。
比如CN101764556A专利中提到的方法，就是通过对同步马达的电角度进行等分，并通过施加不同的电压矢量以及采样和比较电流大小来判断初始磁极角的大致和精确位置。
这样可以避免额外使用物理位置传感器，降低了成本且提高了系统的可靠性和灵活性。
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采用增量式光电编码器作为位置检测元件的PMSM伺服电机，必须要在系统刚上电时就测得电机精确的初始位置。
因为在永磁伺服驱动系统中，电机转子的位置检测与初始定位是系统构成与运行的基本条件，也是矢量控制解耦的必要条件。
只有永磁同步电机的转子位置能够准确知道，才可以按照矢量控制的一系列方程，将永磁同步电机等效变换成dq坐标系上的等效模型，系统才能按照类似他励直流电机的控制方法对永磁同步电机进行控制，从而可以达到他励直流电机构成的伺服传动系统的性能指标要求。
使用增量式光电编码器测量电机位置的伺服系统中, 系统上电后需要先检测出电机的初始位置。
电机的初始位置不仅影响伺服系统的定位精度, 而且会对电机的快速启动性能造成一定的影响。
在系统刚刚上电，电机尚未运行时，系统开始测量转子的初始位置，此过程只需要电流环工作，根据伺服系统运行要求，在寻找初始位置的过程中，只允许有很微小的抖动，并且要求很快回归原位。
假设，采用H45-8-2500-WL型光电编码器，电机转动过程中，编码器输出的信号：A（/A）、B（/B）、Z（/Z）、U（/U）、V（/V）和W（/W），如图1（b）所示。
其中A（/A）、B（/B）两组信号为相差相位角的同频率信号，分辨率为2500PPR，通过判断两组脉冲的相位可以判断出电机的旋转方向，这两组信号经4倍频之后，电机空间位置的分辨率变为10000PPR。
脉冲Z （/Z）是同步信号，电机每旋转一周产生一个信号，其产生的位置固定，即电机转子转到该位置时发出信号（零位信号）。
如图1所示为伺服电机混合式光电编码器的码盘结构及输出信号波形。
码盘的中间码道为刻有高密度的增量式透光缝隙（2000，2500，3000PPR等），两边分布两组互成的三个缝隙，受光元件（Photo-Diode Array）接收到发光元件（LED）通过缝隙的光线而产生互差的三相信号，经过放大整形后输出矩形波信号U（/U）、V（/V）和W（/W）。
利用这些信号的组合状态来分别代表磁极在空间的不同位置。
U（/U）、V（/V）和W（/W）三相脉冲信号每转的脉冲个数与电机的极对数相一致。
根据U（/U）、V（/V）和W （/W）三相脉冲的高低电平关系可以判断电机磁极的当前位置。
其过程是：电机启动前，通过U（/U）、V（/V）和W（/W）三相脉冲的状态估算出电机磁极位置，即当前的角度，一旦电机旋转起来，光电编码器的增量式部分可以精确地检测出位置值。
这里，伺服电机极对数为4对极，则每相输出信号U（/U）、V（/V）和W（/W）的周期为空间，在每个周期中可以组合成6种状态，每种状态代表空间角度范围为。