旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種電機控制零位的測試方法，具體公開一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，包括：(1)低壓粗調無刷直流電機的零位：設定功率電源的電流、電壓值，示波器測量電機的電壓波形，上位機向電機驅動器初始寫入參數，判斷電機是否正常運轉且轉速為正，從而測量電機的電壓切換時間差ΔTn和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn；(2)高壓細調無刷直流電機的零位：設定功率電源為額定電壓，上位機監(jiān)測電機的運轉狀態(tài)；(2.3)示波器測量電機的電壓波形，(2.4)調整控制參數，確定電機電流最小值，完成電機的零位測試。本發(fā)明的方法能夠實現電機的精確定位和控制，實現無刷直流電機的高效率驅動控制。
【專利說明】旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于一種電機控制零位的測試方法，具體涉及一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法。
【背景技術】
[0002]無刷直流電機及驅動控制用于為火箭姿態(tài)控制的電動液壓伺服機構能源動力，其工作效率及可靠性直接決定火箭的飛行成敗，無刷直流電機驅動控制的可靠性是火箭成功飛行的必要前提。
[0003]一般的無刷直流電機采用霍爾傳感器作為位置檢測手段，其安裝位置固定，不存在零位不確定問題，但其工作溫度范圍較低，一般只能達到85°C，少數能達到125°C的產品，價格非常昂貴，不適合工業(yè)化應用。旋轉變壓器采用鐵心和線圈繞制，耐溫度和環(huán)境適應性非常好，一般溫度可達到200°C以上，且抗電磁干擾性好，適合用于航天伺服領域。
[0004]由于旋轉變壓器沒有精確的零位標識，且解碼后位數多，精度高，因此設計和安裝難度大，安裝精度較低，不能實現對無刷直流電機高速高精度安裝。
[0005]由于工況苛刻的要求，無刷直流電機采用旋轉變壓器作為位置傳感器，且控制精度要求更高。當功率器件的換相時刻與電機反電勢切換時刻存在過大相位差時，會導致偏差時段內電機通電方向與反電勢方向相反，造成短時間內電源電壓與反電勢方向產生疊力口，由于電機繞組電阻僅40ι?Ω，疊加的電壓加在電機繞組上會導致電流在該狀態(tài)下異常增大，電機發(fā)熱明顯增加，運行效率急劇降低。因此，應當保證電機換相的高實時和高精度，減小伺服控制驅動器的換相偏差，才能保證功率系統(tǒng)的運行效率，提高系統(tǒng)的可靠性。
[0006]目前，普遍采用機械加電旋轉定位的方法進行旋變調零，但由于電機存在齒槽效應，且定位力矩較大，僅能實現旋變零位的大致位置，存在一定角度偏差。
【發(fā)明內容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，該方法能夠實現任意旋轉變壓器隨機安裝的無刷直流電機電氣零位測試，調試效率高，利用粗調步驟，可在短時間內完成電機零位區(qū)間初步確定；利用細調可達到電機零位測試的高精度。
[0008]實現本發(fā)明目的的技術方案:一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，該方法具體包括以下步驟:
[0009](I)低壓粗調無刷直流電機的零位
[0010](1.1)設定功率電源的電流、電壓值；
[0011](1.2)連接示波器測量無刷直流電機的電壓波形；
[0012](1.3)上位機控制電上電，并向電機驅動器初始寫入參數；
[0013](1.4)判斷無刷直流電機是否正常運轉且轉速為正，從而測量無刷直流電機的電壓切換時間差Λ Tn和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn ；
[0014](2)高壓細調無刷直流電機的零位
[0015](2.1)設定功率電源為額定電壓；
[0016](2.2)上位機監(jiān)測無刷直流電機的運轉狀態(tài)；
[0017](2.3)示波器測量無刷直流電機的電壓波形；
[0018](2.4)調整控制參數，確定無刷直流電機電流最小值，完成無刷直流電機的零位測試。
[0019]所述的步驟(1.1)中功率電源的電壓值設定為15V，電流值最大值設定為5A。
[0020]所述的步驟(1.2)中示波器的三個通道分別測量電機無刷直流電機的U、V、W三相對功率地的電壓波形。
[0021]所述的步驟(1.4)包括以下步驟:
[0022](1.4.1)如果無刷直流電機正常運轉且轉速為正，則測量無刷直流電機的電壓切換時間差Λ Tn和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn ；
[0023](1.4.2)如果無刷直流電機，正常運轉且轉速為負，則在原無刷直流電機初設零位基礎上增加4096/2ρ，其中，P為無刷直流電機的極對數，此時電機轉向由負變?yōu)檎?，然后再按照步驟(1.4.1)測量無刷直流電機的電壓切換時間差ATn和旋轉電周期Tn之間的相位差，直至 ΛΤη/Τη〈1/360。
[0024]所述的步驟(1.4.1)包括以下步驟:
[0025]①測量無刷直流電機的電壓切換時間差AT1和的旋轉電周期1\之間的相位差XI，第一次測量得到的兩者相位差Xl如下:
[0026]Xl = (AT1A1) X 4096/360 ；
[0027]②向電機驅動器(3)初始寫入參數XI，如果無刷直流電機正常運轉且轉速為正，再次測量電機無刷直流電機的電壓切換時間差AT2和旋轉電周期T2之間的相位差Χ2，第二次測量得到的兩者相位差Χ2如下:
[0028]Χ2 = (Δ Τ2/Τ2) X 4096/360 ；
[0029]③向電機驅動器(3)初始寫入參數Χ2，上如果無刷直流電機正常運轉且轉速為正，再次測量無刷直流電機的電壓切換時間差△ T3和的旋轉電周期T3之間的相位差Χ3，第三次得到的兩者相位差Χ3如下:
[0030]Χ3 = (Δ Τ3/Τ3) X 4096/360 ；
[0031]④向電機驅動器初始寫入參數Χη_1;直至無刷直流電機的電壓切換時間差Λ Tn與的旋轉電周期Tn之比ΛΤη/Τη〈1/360。
[0032]所述的步驟(2.4)中以10碼為步長調整控制參數。
[0033]所述的步驟(2.4)中用示波器觀測額定電壓運轉時無刷直流電機的U、V、W三相對功率地的端電壓波形，端電壓波形換相點與無刷直流電機的反電勢吻合時，無刷直流電機的電流值為最小值，從而完成了無刷直流電機的零位測試。
[0034]本發(fā)明的有益技術效果在于:(I)本發(fā)明的方法通過觀測無刷直流電機轉動過程中的相電壓，測量電機驅動器的控制相位與電機反電勢相位差，并將該相位差在控制參數上加以補償，在補償的基礎上再次測量，多次迭代修正得到電機最優(yōu)的零位參數，效率高、操作簡便。(2)適應范圍寬，無論無刷直流電機上的旋轉變壓器初始零位偏差多大，在360°的任意位置，通過本方法前幾步的試測法可以迅速找到零位區(qū)間，并在該區(qū)間內進行進一步精確測量。(3)調試精度高，本方法分粗調和細調兩個階段，通過測量電機控制相位可精確確定電機零位，與一般的霍爾傳感器無刷直流電機相比，測量精度更高，可達到
0.5°以內，使得電機系統(tǒng)工作效率更高。(4)調試方便，通過一臺示波器測量無刷直流電機相電壓，利用示波器時間差測量功能即可完成電機初始零位測試，無需其他設備。(5)調試效率高，利用粗調步驟，可在短時間內完成電機零位區(qū)間初步確定；利用細調可達到電機零位測試的高精度，總體調試效率是手動測量方法的2倍以上。(6)本方法實現了任意旋轉變壓器隨機安裝的無刷直流電機電氣零位測試，適用于方波和正弦波無刷直流電機，對旋轉變壓器在電機安裝時可隨機安裝，對零位精度不做要求，可實現任意位置零位的精確測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明所提供的旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0036]圖2為本發(fā)明所提供的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法的流程圖；
[0037]圖3為無刷直流電機的端電壓波形換相點與反電勢吻合時無刷直流電機三相端電壓波形示意圖。
[0038]圖中:1.功率電源，2.上位機，3.電機驅動器，4.無刷直流電機，5.示波器。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0040]如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試系統(tǒng)，包括功率電源1、上位機2、電機驅動器3、無刷直流電機4和不波器5。
[0041]功率電源I的輸出端與電機驅動器3的電源輸入端連通，功率電源I為電機驅動器3進行動力供電。上位機2與電機驅動器3通過CAN總線連通，上位機2用于改寫電機驅動器3的控制參數及監(jiān)測電機驅動器3的工作狀態(tài)。電機驅動器3的旋變輸出接口與無刷直流電機4的旋變輸入接口連通，電機驅動器3的動力輸出接口與無刷直流電機4的動力輸入接口連通，電機驅動器3控制驅動無刷直流電機4連續(xù)運轉。無刷直流電機4的三相端U、V、W分別連接示波器5的輸入接口，從而通過波器5對無刷直流電機4的三相端電壓進行監(jiān)測。
[0042]利用電機驅動器3對無刷直流電機4進行控制，無刷直流電機4的控制驅動換相點與電機端電壓一致條件下，無刷直流電機4的控制驅動換相點消耗的母線工作電流達最小值，運行效率最高。通過母線電流最小值判據以一定步長逐漸接近實測控制參數值，并同時監(jiān)測無刷直流電機4的U、V、W三相相對于功率地的端電壓波形，進行參數調整測試，直至控制示波器5中顯示的U、V、W三相相對于功率地的端電壓波形與電機端電壓波吻合。
[0043]如圖1所示，采用上述本發(fā)明所提供的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試系統(tǒng)進行旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，該方法具體包括以下步驟:
[0044](I)低壓粗調無刷直流電機4的零位
[0045](1.1)設定功率電源I電流、電壓值
[0046]將功率電源I的電壓值給定設為15V，并將電源電流限制在5A以內，打開功率電源
1
[0047](1.2)連接示波器5測量無刷直流電機4的電壓波形
[0048]無刷直流電機4的U、V、W三相對功率地的電壓分別接示波器5的三個通道，示波器5的三個通道分別測量電機無刷直流電機4的U、V、W三相對功率地的電壓波形。
[0049](1.3)上位機2控制電上電，并向電機驅動器3初始寫入參數
[0050]用上位機2控制電給電機驅動器3、無刷直流電機4上電，用上位機2向電機驅動器3初始寫入參數0，并對電機驅動器3內工作狀態(tài)進行監(jiān)測。
[0051](1.4)判斷無刷直流電機4是否正常運轉且轉速為正，從而測量無刷直流電機4的電壓切換時間差△ Tn和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn
[0052](1.4.1)通過上位機2監(jiān)測無刷直流電機4的運轉狀態(tài)，如果通過上位機2判斷無刷直流電機4正常運轉且轉速為正，則測量無刷直流電機4的電壓切換時間差△!；和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn，具體測量步驟如下:
[0053]①上位機2測量無刷直流電機4的電壓切換時間差Λ T1和無刷直流電機4的旋轉電周期T1之間的相位差XI，第一次測量得到的兩者相位差Xl如下:
[0054]Xl = (AlVT1) X4096/360。
[0055]②用上位機2向電機驅動器3初始寫入參數XI，上位機2監(jiān)測無刷直流電機4的運轉狀態(tài)，如果無刷直流電機4正常運轉且轉速為正，再次測量電機無刷直流電機4的電壓切換時間差△1'2和無刷直流電機4的旋轉電周期T2之間的相位差Χ2，第二次測量得到的兩者相位差Χ2如下:
[0056]Χ2 = ( Δ Τ2/Τ2) X 4096/360。
[0057]③用上位機2向電機驅動器3初始寫入參數Χ2，上位機2監(jiān)測無刷直流電機4的運轉狀態(tài)，如果無刷直流電機4正常運轉且轉速為正，再次測量無刷直流電機4的電壓切換時間差△1'3和無刷直流電機4的旋轉電周期T3之間的相位差Χ3，第三次得到的兩者相位差Χ3如下:
[0058]Χ3 = ( Δ Τ3/Τ3) X 4096/360。
[0059]④用上位機2向電機驅動器3初始寫入參數Xlri，直至無刷直流電機4的電壓切換時間差Λ Tn與無刷直流電機4的旋轉電周期Tn之比Λ Τη/Τη< 1/360時，認為無刷直流電機4零位粗測合格，此時無刷直流電機4零位測試偏差已控制在〈1°。
[0060]其中，η= 1,2,3......
[0061](1.4.2)如果通過上位機2判斷無刷直流電機4，正常運轉且轉速為負，則在原無刷直流電機4初設零位基礎上增加4096/2ρ，其中，P為無刷直流電機4的極對數，此時電機轉向由負變?yōu)檎?，然后再按照步驟(1.4.1)測量無刷直流電機4的電壓切換時間差旋轉電周期Tn之間的相位差Xn，直至ΛΤη/Τη〈1/360。
[0062](2)高壓細調無刷直流電機4的零位
[0063](2.1)設定功率電源I為額定電壓
[0064]將功率電源I升高為額定電壓96V，電流限流值仍設為5Α。
[0065](2.2)上位機2監(jiān)測無刷直流電機4的運轉狀態(tài)
[0066]電機驅動器3上電，用上位機2監(jiān)測無刷直流電機4的運轉狀態(tài)。
[0067](2.3)示波器5測量的無刷直流電機4電壓波形
[0068]調試過程中用示波器5的三個通道分別測量無刷直流電機4的U、V、W三相對功率地的電壓波形
[0069](2.4)調整控制參數，確定無刷直流電機4電流最小值，完成無刷直流電機4的零位測試
[0070]以10碼為步長上下調整無刷直流電機4驅動器內裝訂的標志電機旋變零位的12位二進制控制參數，記錄控制參數、電源電壓、電源電流、電機轉速等參數，尋找無刷直流電機4電流最小值；
[0071]控制參數根據旋轉變壓器安裝零位隨機確定，取值范圍在0x000?OxFFF之間，電源電壓即96V電壓實測值，電源電流〈2A，一般在1.3A?1.5A之間，電機轉速8000rpm?1000rpm0
[0072]用示波器5觀測額定電壓運轉時無刷直流電機4的U、V、W三相對功率地的端電壓波形，端電壓波形換相點與無刷直流電機4的反電勢吻合(如圖3所示)，端電壓應呈現對稱梯形方波，且此時對應無刷直流電機4的電流值應為最小值，此時電機零位精確確定，即完成了無刷直流電機4的零位測試，記錄確定的電機控制參數(0x000?OxFFF之間安裝零位確定值)及端電壓波形。
[0073]上面結合附圖和實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細描述的內容均可以采用現有技術，例如功率電源1、上位機
2、電機驅動器3、無刷直流電機4和示波器5均可以采用現有技術中的產品。
【權利要求】
1.一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟: (1)低壓粗調無刷直流電機(4)的零位 (1.D設定功率電源⑴的電流、電壓值； (1.2)連接示波器(5)測量無刷直流電機⑷的電壓波形； (1.3)上位機(2)控制電上電，并向電機驅動器(3)初始寫入參數； (1.4)判斷無刷直流電機(4)是否正常運轉且轉速為正，從而測量無刷直流電機(4)的電壓切換時間差Λ Tn和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn ； (2)高壓細調無刷直流電機⑷的零位 (2.1)設定功率電源(I)為額定電壓； (2.2)上位機(2)監(jiān)測無刷直流電機(4)的運轉狀態(tài)； (2.3)示波器(5)測量無刷直流電機⑷的電壓波形； (2.4)調整控制參數，確定無刷直流電機(4)電流最小值；完成無刷直流電機(4)的零位測試。
2.根據權利要求1所述的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于:所述的步驟(1.1)中功率電源(I)的電壓值設定為15V，電流值最大值設定為5Α。
3.根據權利要求2所述的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于:所述的步驟(1.2)中示波器(5)的三個通道分別測量電機無刷直流電機(4)的U、V、W三相對功率地的電壓波形。
4.根據權利要求3所述的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于:所述的步驟(1.4)包括以下步驟: (1.4.1)如果無刷直流電機(4)正常運轉且轉速為正，則測量無刷直流電機(4)的電壓切換時間差Λ Tn和旋轉電周期Tn之間的相位差Xn ； (1.4.2)如果無刷直流電機(4)，正常運轉且轉速為負，則在原無刷直流電機(4)初設零位基礎上增加4096/2ρ，其中，P為無刷直流電機(4)的極對數，此時電機轉向由負變?yōu)檎?，然后再按照步驟(1.4.1)測量無刷直流電機(4)的電壓切換時間差ATn和旋轉電周期Tn之間的相位差，直至ΛΤη/Τη〈1/360。
5.根據權利要求4所述的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于:所述的步驟(1.4.1)包括以下步驟: ①測量無刷直流電機⑷的電壓切換時間差AT1和的旋轉電周期1\之間的相位差XI，第一次測量得到的兩者相位差Xl如下:
Xl = (AT1A1) X 4096/360 ； ②向電機驅動器(3)初始寫入參數XI，如果無刷直流電機(4)正常運轉且轉速為正，再次測量電機無刷直流電機(4)的電壓切換時間差AT2和無刷直流電機(4)的旋轉電周期T2之間的相位差Χ2，第二次測量得到的兩者相位差Χ2如下:
Χ2 = ( Δ Τ2/Τ2) X 4096/360 ； ③向電機驅動器(3)初始寫入參數Χ2，上如果無刷直流電機(4)正常運轉且轉速為正，再次測量無刷直流電機(4)的電壓切換時間差AT3和旋轉電周期T3之間的相位差Χ3，第三次得到的兩者相位差X3如下:
X3 = ( Δ T3/T3) X 4096/360 ； ④向電機驅動器(3)初始寫入參數Xlri，直至無刷直流電機(4)的電壓切換時間差ATn與旋轉電周期Tn之比ΛΤη/Τη〈1/360。
6.根據權利要求5所述的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于:所述的步驟(2.4)中以10碼為步長調整控制參數。
7.根據權利要求6所述的一種旋轉變壓器隨機安裝無刷直流電機電氣零位測試方法，其特征在于:所述的步驟(2.4)中用示波器(5)觀測額定電壓運轉時無刷直流電機(4)的U、V、W三相對功率地的端電壓波形，端電壓波形換相點與無刷直流電機(4)的反電勢吻合時，無刷直流電機(4)的電流值為最小值，從而完成了無刷直流電機(4)的零位測試。
【文檔編號】G01R31/34GK104198937SQ201410424873
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權日:2014年8月26日
【發(fā)明者】曹英健, 王效亮 申請人:北京精密機電控制設備研究所, 中國運載火箭技術研究院