一种EPS系统电机转子角度对中数据识别处理方法与流程

一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法
技术领域
1.本发明涉及数据识别处理技术领域，特别涉及一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法。


背景技术：

2.eps系统电机转子角度采集和中点值是否准确会直接影响到控制性能上，对驾驶员的舒适度及安全性都有比较大的影响。
3.转子角度用于eps系统永磁同步电机驱动算法中的磁链解耦，是重要参数之一。现有的永磁同步电机零位初始角度标定方法，存在操作复杂及误差大的问题。
4.本发明提出一种转子角度对中数据识别处理的方法，在进行电机转子角度对中时识别角度中点进行校验，识别校验结果并进行补偿，从而提高中点值的准确性。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法，包括以下步骤：s1：转子角度对中，分别对a、b、c三相绕组施加电压，使转子位置定位到abc三相，转子转到a相时读取电机角度并作为电机的角度中点值，转子转到b相时读取角度信号，并计算b相与a相的电角度差值在120
°±5°
，则b相在第一对极下合格，转子转到c相时读取角度信号，并计算c相与a相的电角度差值在240
°±5°
范围内，则判断c相在第一对极下合格，当第一对极下b相和c相都合格时，则判定第一对极对中成功，由此类推分别执行第二对极和第三对极下电机对中操作；s2：转速闭环控制及超前角计算，使用的电机额定转速为1050rpm，在校验时给定电机的目标转速为=1000rpm进行空载转速闭环控制，根据电机转速的计算公式:
7.其中，是电机转速，是定子三相电流的频率，是电机的极对数，计算电流的频率，从而估算并旋转电机匀速转动时计算超前角的周期t=10ms，连续计算n=100个超前角度值；s3：给定电机的目标转速进行转速闭环控制电机顺时针旋转时，连续计算n=100个超前角度值，滤波后求出顺时针超前角，给定电机的目标转速进行转速闭环控制电机逆时针旋转时，连续计算n=100个超前角度值，滤波后求出逆时针超前角；
s4：顺时针方向和逆时针方向超前角的绝对值比较：；s5：通过校验及补偿，确定最终的补偿角度值为，电机的实际角度中点值为+，其中，校验方法为s4中的顺时针方向和逆时针方向超前角比较，补偿方法为：利用顺时针旋转超前角和与逆时针旋转超前角的绝对值：和的差值判断电机中点值是否符合性能要求，如果不符合要求则按照步长为对电机的角度中点值进行正反方向的补偿，确定最终的补偿角度值为。
8.优选的，所述s1中为避免由于电机特性产生的不同的误差导致不合格，要求完成3次对中都合格时，对中成功。
9.优选的，计算超前角的步骤如下：步骤一：获取目标转速和电机转速采集/计算，进行转速闭环pi调节，得到q轴的目标电流：iq和d轴的目标电流：id=0；其中，pi：比例、积分调节；步骤二：对三相电流和转子角度进行采集，对d轴和q轴的反馈电流进行计算，对电流环pi进行调节，使得pwm刷新；其中，pwm：脉冲宽度调制；步骤三：当pwm刷新的10ms周期未到时，转速闭环控制；步骤四：当pwm刷新的10ms周期到时，完成三相电压采集和转子角度采集，对采集到的三相电压中：ud、uq进行计算，此时对超前角进行计算。
10.本发明的技术效果和优点：降低了转子位置传感器集成在ecu的pcb板上电机的角度中点值对中的复杂度，无需借助外部装置即可完成；本发明提出电机转子中点对中及校验补偿方法，可以有效验证初始电机的角度中点值的准确度，通过校验及补偿方法提高电机的角度中点值的准确度；以上方法均可应用在商用车、乘用车等多种道路车辆，在提高电机的角度中点值标定准确度的同时提升了eps的控制性能。
附图说明
11.图1为本发明h桥、三相电压、三相电流采样点位置图。
12.图2为本发明电机角度对中及校验补偿框图。
13.图3为本发明正弦电压与电流关系示意图。
14.图4为本发明超前角计算结构示意图。
15.图5为本发明识别及处理结构示意图。
16.图6为本发明电机转子中点对中模块图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
18.本发明提供了如图1-图6所示的一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法，本方法用于识别eps系统永磁同步电机的电机的角度中点值，其转子位置传感器集成在ecu的pcb板上。在电机和控制器组装完成后，在与机械总成组装之前需要完成电机转子角度对中及校验补偿。
19.永磁同步电机的控制模型简化，简化成对dq轴进行电流控制。通过三二变换将三相静止坐标系abc下的电流变换成两相旋转坐标系dq下的电流，实现转矩电流与励磁电流的解耦，分别对d轴、q轴下电流进行闭环控制。电机的角度中点值在坐标变换时直接影响d轴和q轴的解耦性，从而影响电机控制性能。本发明中采用转速闭环、id控制策略进行电机的角度中点值校验。
20.根据电机顺时针、逆时针旋转时电压和电流的相位特性，采用给定目标转速进行转速闭环控制时对电机的角度中点值进行校验。在控制策略下计算出d、q轴电压值通过公式
⑨
计算得出超前角。
21.在电机匀速转动时以周期为t计算超前角，连续计算n个角度值，滤波处理后得出超前角。
22.利用顺时针旋转超前角与逆时针旋转超前角的差值判断电机的角度中点值是否符合性能要求。如果不符合要求则按照步长为对电机的角度中点值进行正反方向的补偿，确定最终的补偿角度值为。电机的角度的实际中点值为+，具体方法框图见图2。
23.数学模型如下：（1）三相静止坐标系到两相旋转坐标系：
24.公式中：：电机转子角度ia：a相电流ib：b相电流ic：c相电流id：d轴电流iq：q轴电流根据上述公式得出d、q轴电流：id=公式
①
iq=-公式
②
同理，得出d、q轴电压：=公式
③
uq=-公式
④
公式中：ua：a相电压ub：b相电压uc：c相电压ud：d轴电压uq：q轴电压（2）线圈中存在电感，电流相位滞后于电压，存在超前角为，示意图如图3。
25.公式
⑤
，公式
⑤
中，u为线圈中母线的电压，为母线电压，为母线电压的波形系数。
26.公式
⑥
，公式
⑥
中，i为线圈中的母线电流，为母线电流，为母线电流的波形系数。
27.其中，，公式
⑦
，公式
⑦
中，为电压相位。
28.，公式
⑧
，公式
⑧
中，为电流相位。
29.根据上述公式
⑦‑
公式
⑧
，得出电压超前电流的角度：=-=-公式
⑨
具体实施过程中使用的永磁同步电机为3对极即=3，转子位置传感器采用的是非接触式磁旋编码器，集成在ecu的pcb板上。
30.转子角度对中具体实施方法s1：转子角度对中，分别对a、b、c三相绕组施加电压，使转子位置定位到abc三相，转子转到a相时读取电机角度并作为电机的角度中点值，转子转到b相时读取角度信号，并计算b相与a相的电角度差值在120
°±5°
，则b相在第一对极下合格，转子转到c相时读取角度信号，并计算c相与a相的电角度差值在240
°±5°
范围内，则判断c相在第一对极下合格，当第一对极下b相和c相都合格时，则判定第一对极对中成功，由此类推分别执行第二对极和第三对极下电机对中操作；s2：转速闭环控制及超前角计算，使用的电机额定转速为1050rpm，在校验时给定目标转速为1000rpm进行空载转速闭环控制，根据电机转速的计算公式:
31.其中，是电机转速，是定子三相电流的频率，是电机的极对数，计算电流的频率，从而估算并旋转电机匀速转动时计算超前角的周期t=10ms，连续计算n=100个超前角度值；s3：给定目标转速进行转速闭环控制电机顺时针旋转时，连续计算n=100个超前角度值，滤波后求出顺时针超前角，给定目标转速进行转速闭环控制电机逆时针旋转时，连续计算n=100个超前角度值，滤波后求出逆时针超前角；其中，为顺时针转速，为逆时针转速，为顺时针超前角，为逆时针超前角，和分别为顺时针超前角的绝对值和逆时针超前角的绝对值。
32.s4：顺时针方向和逆时针方向超前角的绝对值比较：；s5：通过校验及补偿，确定最终的补偿角度值为，电机的实际角度中点值为+，其中，校验方法为s4中的顺时针方向和逆时针方向超前角比较，补偿方法为：利用顺时针旋转超前角和与逆时针旋转超前角的绝对值：和的差值判断电机中点值是否符合性能要求，如果不符合要求则按照步长为对电机的角度中点值进行正反方向的补偿，确定最终的补偿角度值为；其中，为补偿步长，为最终的补偿角度值，+为电机角度的实际中点值。
33.s1中为避免由于电机特性产生的不同的误差导致不合格，要求完成3次对中都合格时，对中成功。
34.计算超前角的步骤如下：步骤一：获取目标转速和电机转速采集/计算，进行转速闭环pi调节，得到q轴的目标电流：iq和d轴的目标电流：id=0；其中，pi：比例、积分调节。
35.步骤二：对三相电流和转子角度进行采集，对d轴和q轴的反馈电流进行计算，对电流环pi进行调节，使得pwm刷新；其中，pwm：脉冲宽度调制；步骤三：当pwm刷新的10ms周期未到时，转速闭环控制；步骤四：当pwm刷新的10ms周期到时，完成三相电压采集和转子角度采集，对采集到的三相电压中：ud、uq进行计算，此时可对超前角进行计算。
36.如图5中所示，在进行闭环控制及超前角计算时首先进行顺时针超前角和逆时针
超前角的中点校验，判断顺时针超前角和逆时针超前角的二者差值，即和的差值，当两者的差值小于判断阈值时中点被确定，此时，电机角度的实际中点值为电机的角度中点值+最终的补偿角度值为；若是二者差值大于或者等于判断阈值，则将电机的角度中点值按照步长
±2°
进行补偿，补偿后再重新判断二者差值，补偿次数需要小于5次，在5次以内进行补偿后合格则确定电机角度的实际中点值，若是大于5次则判定不合格。
37.如图6中所示，a相的第一对极对中时初始的pwm给定为4000，-2000，-2000，转子转到a相时读取电机角度并作为当前电机a相的角度中点值，标记a相位标志为a1；b相的第一对极对中时初始的pwm给定为-2000，4000，-2000，转子转到b相时读取电机角度并作为当前电机b相的角度中点值，判断b相的角度是否小于判断阈值，若是大于或等于判断阈值则标记b相位标志为b0，若是b相的角度小于判断阈值，标记b相位标志为b1，且当b相的角度小于判断阈值时继续设定c相的第一对极对中时初始的pwm给定为-2000，-2000，4000，转子转到c相时读取电机角度并作为当前电机c相的角度中点值，判断c相的角度是否小于判断阈值，若是大于或等于判断阈值则标记c相位标志为c0，若是c相的角度小于判断阈值，标记c相位标志为c1，当标记的a相位标志为a1、b相位标志为b1和c相位标志为c1时，第一对极电机中点有效，此时，得到第一对极中点值（即电机角度的实际中点值：+），若是不满足a相位标志为a1、b相位标志为b1和c相位标志为c1的条件，则第一对极电机中点无效；当再次进行对极时，将电机角度清零后按照上述方法进行即可，其中电机的角度中点值包括电机a相的角度中点值、电机b相的角度中点值和电机c相的角度中点值。

技术特征：
1.一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：转子角度对中，分别对a、b、c三相绕组施加电压，使转子位置定位到abc三相，转子转到a相时读取电机角度并作为电机的角度中点值，转子转到b相时读取角度信号，并计算b相与a相的电角度差值在120
°±5°
，则b相在第一对极下合格，转子转到c相时读取角度信号，并计算c相与a相的电角度差值在240
°±5°
范围内，则判断c相在第一对极下合格，当第一对极下b相和c相都合格时，则判定第一对极对中成功，由此类推分别执行第二对极和第三对极下电机对中操作；s2：转速闭环控制及超前角计算，使用的电机额定转速为1050rpm，在校验时给定电机的目标转速为=1000rpm进行空载转速闭环控制，根据电机转速的计算公式:其中，是电机转速，是定子三相电流的频率，是电机的极对数，计算电流的频率，从而估算并旋转电机匀速转动时计算超前角的周期t=10ms，连续计算n=100个超前角度值；s3：给定电机的目标转速进行转速闭环控制电机顺时针旋转时，连续计算n=100个超前角度值，滤波后求出顺时针超前角，给定电机的目标转速进行转速闭环控制电机逆时针旋转时，连续计算n=100个超前角度值，滤波后求出逆时针超前角；s4：顺时针方向和逆时针方向超前角的绝对值比较：；s5：通过校验及补偿，确定最终的补偿角度值为，电机的实际角度中点值为+，其中，校验方法为s4中的顺时针方向和逆时针方向超前角比较，补偿方法为：利用顺时针旋转超前角和与逆时针旋转超前角的绝对值：和的差值判断电机中点值是否符合性能要求，如果不符合要求则按照步长为对电机的角度中点值进行正反方向的补偿，确定最终的补偿角度值为。2.根据权利要求1所述的一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法，其特征在于：所述s1中为避免由于电机特性产生的不同的误差导致不合格，要求完成3次对中都合格时，对中成功。3.根据权利要求1所述的一种eps系统电机转子角度对中数据识别处理方法，其特征在于：计算超前角的步骤如下：步骤一：获取目标转速和电机转速采集/计算，进行转速闭环pi调节，得到q轴的目标电流：iq和d轴的目标电流：id=0；其中，pi：比例、积分调节；步骤二：对三相电流和转子角度进行采集，对d轴和q轴的反馈电流进行计算，对电流环pi进行调节，使得pwm刷新；其中，pwm：脉冲宽度调制；
步骤三：当pwm刷新的10ms周期未到时，转速闭环控制；步骤四：当pwm刷新的10ms周期到时，完成三相电压采集和转子角度采集，对采集到的三相电压中：ud、uq进行计算，此时对超前角进行计算。

技术总结
本发明公开了一种EPS系统电机转子角度对中数据识别处理方法，涉及到数据识别处理技术领域，包括S1：转子角度对中；S2：转速闭环控制及超前角计算；S3：给定目标转速；S4：顺时针方向和逆时针方向超前角比较和S5：通过校验及补偿。本发明降低了转子位置传感器集成在ECU的PCB板上电机的角度中点值对中的复杂度，无需借助外部装置即可完成；本发明提出电机转子中点对中及校验补偿方法，可以有效验证初始电机的角度中点值的准确度，通过校验及补偿方法提高电机的角度中点值的准确度；以上方法均可应用在商用车、乘用车等多种道路车辆，在提高电机的角度中点值标定准确度的同时提升了EPS的控制性能。控制性能。控制性能。


技术研发人员：刘海亭 闫鹏 谢涛娟
受保护的技术使用者：天津德星智能科技有限公司
技术研发日：2023.09.01
技术公布日：2023/10/7