一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法与流程

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1.本发明属于空间复杂机构控制领域，特别涉及一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法。

背景技术：

2.空间复杂机构配合多种空间载荷，可实现高精度的空间指向控制。空间载荷系统复杂，需传输的信号较多，数据量大，信号质量要求高，因此一般采用线缆直接传输。为了防止线缆缠绕，作为驱动载荷转动的复杂空间机构，其转动范围受限，不能进行360
°
连续转动。考虑到对指向目标连续跟踪的能力，空间机构在转动范围设定上会采用超过360
°
的有限转角转动范围，例如-200
°
～+200
°
。对于采用绝对角度传感器的系统，在角度重叠区域，传感器的显示角度相同，无法判断是在正角度区间内，还是在负角度区间内，导致无法确定机构所处的实际位置。
3.传统的采用增加机械装置和传感器的辨识方法，增加了系统的复杂性，降低了可靠性。

技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，在不增加传感器的情况下，实现了转动范围超过360
°
的空间非连续旋转永磁同步电机角度位置辨识。
5.本发明的技术解决方案是：
6.一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，所述空间非连续旋转永磁同步电机的转动范围为[-α，﹢α]，其中，α为电机转角的机械限位值，180
°
《α《360
°
，包括以下步骤：
[0007]
(1)在每个通信周期内，采用测角传感器对电机转角的绝对角度进行测量，得到电机转角测量值，电机控制器根据电机转角测量值对电机转角进行辨识，得到第一辨识结果；
[0008]
(2)若第一辨识结果可用，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识；
[0009]
若第一辨识结果不可用，电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息，进入步骤(3)，若无法从上位机获取上一通信周期的辨识信息，进入步骤(4)；
[0010]
(3)电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息对本通信周期的电机转角进行辨识，得到第二辨识结果，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识；
[0011]
(4)电机控制器控制电机通过主动边界搜寻对电机转角进行辨识，得到第三辨识结果，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，
上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识。
[0012]
优选的，所述步骤(1)中电机控制器根据电机转角测量值对电机转角进行辨识，得到第一辨识结果，具体为：
[0013]
当360
°‑
(α+β)＜θa＜α+β时，angleavlb＝0；
[0014]
当θa≤360
°‑
(α+β)时，angleavlb＝1，signdirct＝1，θm＝θa；
[0015]
当θa≥α+β时，angleavlb＝1，signdirct＝0，θm＝θ
a-360
°
；
[0016]
其中，signdirct为方向标识，signdirct＝0时，电机转角为正方向，signdirct＝1时，电机转角为负方向；
[0017]
angleavlb为角度标识，angleavlb＝0时，辨识结果不可用，angleavlb＝1时，辨识结果可用，将angleavlb、signdirct和θm作为第一辨识结果；
[0018]
θa为电机转角测量值，θm为电机转角机械位置，β为电机转角机械限位的容差值。
[0019]
优选的，所述步骤(4)中电机控制器控制电机通过主动边界搜寻对电机转角进行辨识，得到第三辨识结果，具体为：
[0020]
电机控制器向电机施加大小为ω
*m
的正向转速，使电机正向转动；
[0021]
若θa≥α+β，控制电机停止转动，signdirct＝1，θm＝θ
a-360
°
，angleavlb＝1；
[0022]
若在t0内，ωm≤ω
*m-ε，控制电机停止转动，signdirct＝0，θm＝θa，angleavlb＝1；
[0023]
其中，ωm为电机的实际转速，t0为时间判断阈值，ε为转速判断阈值；
[0024]
将angleavlb、signdirct和θm作为第三辨识结果。
[0025]
优选的，所述电机的实际转速ωm通过以下表达式计算：
[0026]
ωm＝(θa(k)-θa(k-1))/t
[0027]
其中θa(k)为当前控制周期电机转角测量值，θa(k-1)为上一控制周期电机转角测量值，t为电机控制器对电机的控制周期。
[0028]
优选的，ω
*m
＝2
°
/s。
[0029]
优选的，ε＝0.2
°
/s。
[0030]
优选的，t0＝2s。
[0031]
优选的，所述步骤(2)中上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，具体为：
[0032]
根据辨识结果中的方向标识形成角度区间标识，作为辨识信息，当signdirct＝0时，角度区间标识为55h，当signdirct＝1时，角度区间标识为aah。
[0033]
优选的，所述步骤(3)中电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息对本通信周期的电机转角进行辨识，得到第二辨识结果，具体为：
[0034]
若角度区间标识为55h，signdirct＝1，θm＝θa，angleavlb＝1；
[0035]
若角度区间标识为aah，signdirct＝0，θm＝θ
a-360
°
，angleavlb＝1
[0036]
将angleavlb、signdirct和θm作为第二辨识结果。
[0037]
优选的，1
°
≤β≤5
°
。
[0038]
本发明与现有技术相比的优点在于：
[0039]
(1)本发明在不增加传感器的情况下，采用测角传感器输出数据，通过角度分区，对非重叠区域角度进行直接确定；
[0040]
(2)本发明将每个通信周期的辨识结果发送至上位机形成角度区间标志，辅助电
机控制器确定电机转角实际位置；
[0041]
(3)本发明过主动边界搜寻，驱动电机转动，对转动范围的机械边界进行寻，根据判定条件确定转动达到边界位置，并最终确定实际转角位置。
附图说明
[0042]
图1为本发明空间非连续旋转永磁同步电机转动范围示意图。
具体实施方式
[0043]
下面通过对本发明进行详细说明,本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0044]
如图1所示，空间非连续旋转永磁同步电机的旋转范围如图1所示，其旋转范围超过360
°
，在每个方向上设有机械限位。测角装置为绝对式角度传感器，可以得到0-360
°
的绝对角度，其中，传感器的0
°
位置与电机的0
°
位置重合。在转角正、负重叠区域角度传感器角度示数相同，为了辨识电机实际转角位置，保证其稳定运行，本发明提供了一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，所述空间非连续旋转永磁同步电机的转动范围为[-α，﹢α]，其中，α为电机转角的机械限位值，180
°
《α《360
°
包括以下步骤：
[0045]
s1：在每个通信周期内，采用测角传感器对电机转角的绝对角度进行测量，得到电机转角测量值，电机控制器根据电机转角测量值对电机转角进行辨识，得到第一辨识结果。
[0046]
具体讲，当测角传感器读数θa≤360
°‑
(α+β)时，角度标识angleavlb置1，表示此角度可用，方向标识signdirct置0，采用正角度表示当前位置,当前机械位置θm＝θa；
[0047]
当测角传感器度数θa≥α+β时，角度标识angleavlb置1，表示此角度可用，方向标识signdirct置1，采用负角度表示当前位置,当前机械位置θm＝θ
a-360
°
；
[0048]
若测角传感器度数为其他角度，即当360
°‑
(α+β)＜θa＜α+β时，角度标识angleavlb置0，表示该角度不可用，需进行进一步转角辨识。
[0049]
θa为电机转角测量值，θm为电机转角机械位置，β电机转角机械限位的容差值，考虑到机械限位安装的偏差，设计一定的余量，一般可以取1
°
≤β≤5
°
。
[0050]
s2：若第一辨识结果可用，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识；
[0051]
若第一辨识结果不可用，电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息，进入步骤s3，若无法从上位机获取上一通信周期的辨识信息，进入步骤s4。
[0052]
具体讲，上位机根据辨识结果中的方向标识形成角度区间标识，作为辨识信息，当signdirct＝0时，角度区间标识为55h，表示正角度区间，当signdirct＝1时，角度区间标识为aah，表示负角度区间。
[0053]
s3：电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息对本通信周期的电机转角进行辨识，得到第二辨识结果，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识。
[0054]
具体讲，电机控制器根据角度区间表示进行判断，
[0055]
若角度区间标识为55h，则设置方向标识signdirct＝1，当前机械位置θm＝θa，角度标识angleavlb＝1；
[0056]
若角度区间标识为aah，则设置方向标识signdirct＝0，当前机械位置θm＝θ
a-360
°
，角度标识angleavlb＝1。
[0057]
s4：电机控制器控制电机通过主动边界搜寻对电机转角进行辨识，得到第三辨识结果，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识。
[0058]
具体讲，采用转速闭环控制来实现电机驱动。给定转速ω
*m
为正向转速，使电机按正向转动。为了保证边界搜索的安全性和快速性，一般可取ω
*m
为2
°
/s。
[0059]
电机实际转速的计算方法为ωm＝(θa(k)-θa(k-1))/t，其中θa(k)为当前控制周期电机转角测量值，θa(k-1)为上一控制周期电机转角测量值，t为控制周期。
[0060]
对电流环输出电流进行限幅，限幅值可设定为被控系统最大阻力矩对应电机电流的1.1倍。
[0061]
如果测角传感器读数θa≥α+β，则ω
*m
＝0，控制电机停止转动，方向标识signdirct置1，采用负角度表示当前位置,当前机械位置θm＝θ
a-360
°
；置角度标识angleavlb＝1；否则如果t0内，ωm≤ω
*m-ε，则ω
*m
＝0，控制电机停止转动，方向标识signdirct置0，采用正角度表示当前位置,当前机械位置θm＝θa，置角度标识angleavlb＝1完成确定；ε为判断阈值，可取0.2
°
/s；t0为时间判断阈值，可取2s。
[0062]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

技术特征：

1.一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，所述空间非连续旋转永磁同步电机的转动范围为[-α，﹢α]，其中，α为电机转角的机械限位值，180
°
<α<360
°
，其特征在于，包括以下步骤：(1)在每个通信周期内，采用测角传感器对电机转角的绝对角度进行测量，得到电机转角测量值，电机控制器根据电机转角测量值对电机转角进行辨识，得到第一辨识结果；(2)若第一辨识结果可用，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识；若第一辨识结果不可用，电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息，进入步骤(3)，若无法从上位机获取上一通信周期的辨识信息，进入步骤(4)；(3)电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息对本通信周期的电机转角进行辨识，得到第二辨识结果，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识；(4)电机控制器控制电机通过主动边界搜寻对电机转角进行辨识，得到第三辨识结果，将其作为当前通信周期的转角辨识结果，电机控制器将转角辨识结果发送至上位机，上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，完成本通信周期的转角辨识。2.根据权利要求1所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，所述步骤(1)中电机控制器根据电机转角测量值对电机转角进行辨识，得到第一辨识结果，具体为：当360
°‑
(α+β)＜θ
a
＜α+β时，angleavlb＝0；当θ
a
≤360
°‑
(α+β)时，angleavlb＝1，signdirct＝1，θ
m
＝θ
a
；当θ
a
≥α+β时，angleavlb＝1，signdirct＝0，θ
m
＝θ
a-360
°
；其中，signdirct为方向标识，signdirct＝0时，电机转角为正方向，signdirct＝1时，电机转角为负方向；angleavlb为角度标识，angleavlb＝0时，辨识结果不可用，angleavlb＝1时，辨识结果可用，将angleavlb、signdirct和θ
m
作为第一辨识结果；θ
a
为电机转角测量值，θ
m
为电机转角机械位置，β为电机转角机械限位的容差值。3.根据权利要求2所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，所述步骤(4)中电机控制器控制电机通过主动边界搜寻对电机转角进行辨识，得到第三辨识结果，具体为：电机控制器向电机施加大小为ω
*m
的正向转速，使电机正向转动；若θ
a
≥α+β，控制电机停止转动，signdirct＝1，θ
m
＝θ
a-360
°
，angleavlb＝1；若在t0内，ω
m
≤ω
*m-ε，控制电机停止转动，signdirct＝0，θ
m
＝θ
a
，angleavlb＝1；其中，ω
m
为电机的实际转速，t0为时间判断阈值，ε为转速判断阈值；将angleavlb、signdirct和θ
m
作为第三辨识结果。4.根据权利要求3所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，所述电机的实际转速ω
m
通过以下表达式计算：ω
m
＝(θ
a
(k)-θ
a
(k-1))/t
其中θ
a
(k)为当前控制周期电机转角测量值，θ
a
(k-1)为上一控制周期电机转角测量值，t为电机控制器对电机的控制周期。5.根据权利要求3所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，ω
*m
＝2
°
/s。6.根据权利要求3所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，ε＝0.2
°
/s。7.根据权利要求3所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，t0＝2s。8.根据权利要求2所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于：所述步骤(2)中上位机根据转角辨识结果形成当前通信周期的辨识信息，具体为：根据辨识结果中的方向标识形成角度区间标识，作为辨识信息，当signdirct＝0时，角度区间标识为55h，当signdirct＝1时，角度区间标识为aah。9.根据权利要求8所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，所述步骤(3)中电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息对本通信周期的电机转角进行辨识，得到第二辨识结果，具体为：若角度区间标识为55h，signdirct＝1，θ
m
＝θ
a
，angleavlb＝1；若角度区间标识为aah，signdirct＝0，θ
m
＝θ
a-360
°
，angleavlb＝1将angleavlb、signdirct和θ
m
作为第二辨识结果。10.根据权利要求2～9之一所述的一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，其特征在于，1
°
≤β≤5
°
。

技术总结

本发明提供了一种空间非连续旋转永磁同步电机转角辨识方法，包括以下步骤：在每个通信周期内，采用测角传感器对电机转角的绝对角度进行测量，得到电机转角测量值，电机控制器根据电机转角测量值对电机转角进行辨识，若辨识结果可用，将其作为当前通信周期的转角辨识结果；若辨识结果不可用，电机控制器从上位机获取上一通信周期的辨识信息，对本通信周期的电机转角进行辨识，并将辨识结果作为当前通信周期的转角辨识结果；若无法从上位机获取上一通信周期的辨识信息，电机控制器控制电机通过主动边界搜寻对电机转角进行辨识。本发明在不增加传感器的情况下，实现了转动范围超过360