一种基于线性霍尔传感器的编码器偏心安装补偿方法

1.本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种基于线性霍尔传感器的编码器偏心安装补偿方法。


背景技术：

2.编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器能够把角位移或直线位移转换成电信号。因此编码器在测量、自动化、计算机和信息技术领域得到广泛的应用。
3.传统的编码器通常采用机械式方法获取绝对位置。传统编码器通过光栅以及光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲及数字量。但是，此方法的局限性在于其精度低，不适于在大量程恶劣环境处实施，必须同轴安装，并随着长时间的接触磨损导致偏差的产生，同时会造成一定的光污染。还有一种方式，根据霍尔效应，编码器通过4个霍尔器件产生4个相位差依次为90度的正弦波形，从而进行测量。但是电磁干扰会对磁性编码器造成极大的影响，并且温度变化也会使其产生位置偏移。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于线性霍尔传感器的编码器偏心安装补偿方法，以解决现有技术无法适用于恶劣环境，会产生光污染，易产生位置偏移的技术问题。
5.本发明提供了一种基于线性霍尔传感器的编码器偏心安装补偿方法，包括如下步骤：
6.步骤1：将四个线性霍尔传感器以互差90
°
分布，并与编码器切向连接；
7.步骤2：启动电机，通过锁相环方法消除转子位置误差；
8.步骤3：分别获得四个线性霍尔传感器的输出波形，根据输出波形获取四个线性霍尔传感器相互之间的相位差、幅值差；
9.步骤4：根据相位差、幅值差判断转子偏心状态，其中偏心状态包括：一轴向偏心、两轴向偏心；
10.步骤5：当为一轴向偏心时，根据正序分量解算出的位置对偏心进行补偿；
11.当为两轴向偏心时，先进行步长调节对一个轴向的偏心进行补偿，再根据正序分量解算出的位置对另一轴向的偏心进行补偿。
12.进一步地，所述步骤2通过锁相环方法消除转子位置误差的具体方法为：同步转子位置和解算转子位置的相位，直至误差量为0。
13.进一步地，所述误差量的计算公式为：
[0014][0015]
其中e为误差量，θr为实际转子位置，为解算转子位置。
[0016]
进一步地，所述步骤3中，当相对两个线性霍尔传感器的相位差均为180
°
时，根据
输出波形获取四个线性霍尔传感器相互之间的相位差、幅值差。
[0017]
进一步地，获取第一个线性霍尔传感器与第二线性霍尔传感器之间的相位差、幅值差；获取第三个线性霍尔传感器与第四线性霍尔传感器之间的相位差、幅值差。
[0018]
进一步地，所述一轴偏心的判断方法为：
[0019]
当线性霍尔传感器相互之间的相位差值不为90
°
，且不存在幅值差时，判断为一轴偏心；
[0020]
所述两轴偏心的判断方法为：
[0021]
当线性霍尔传感器相互之间的相位差值不为90
°
，且存在幅值差时，判断为两轴偏心。
[0022]
进一步地，所述根据正序分量解算出的位置方法为：过坐标变换提取负序分量，再将原始信号减去负序分量，完成正、负序分量分离，根据正序分量解算出的位置解算出的位置的计算公式为：
[0023][0024]
其中，θ为实际转子位置；为正序分量补偿角，β为测得相位差与90
°
的差值。
[0025]
进一步地，所述进行步长调节对一个轴向的偏心进行补偿具体方法为：
[0026]
在偏心补偿计算中施加一个任意极性的步长，根据前后周期的变化来调整下一周期调节步长的极性，从而动态调整补偿角度，直至步长收敛至最大值，完成一个轴向的偏心的补偿，其中所述调节步长的公式如下：
[0027][0028]
其中，δθc为算法的调节步长；dθc为补偿角；k为算法的执行周期。
[0029]
本发明的有益效果：
[0030]
1、本发明对转子的安装位置无特别需求，减小了安装时的操作难度；
[0031]
2、本发明减少了机械性的接触，增加了编码器的寿命；
[0032]
3、本发明采用了线性霍尔传感器，其精度高、成本低；
[0033]
4、本发明对不同偏心问题采用了不同的补偿方法，确保了电机的稳定性。
附图说明
[0034]
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0035]
图1为本发明具体实施例的整体工作流程图；
[0036]
图2为本发明具体实施例的无偏心时的示意图；
[0037]
图3为本发明具体实施例的一轴偏心时的示意图；
[0038]
图4为本发明具体实施例的两轴类偏心时的示意图；
[0039]
图5为本发明具体实施例的无偏心时的输出波形；
[0040]
图6为本发明具体实施例的一轴偏心时的输出波形；
[0041]
图7为本发明具体实施例的两轴偏心时的输出波形。
具体实施方式
[0042]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域技术人员在没有作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。
[0043]
本发明实施例提供如图1-7所示，一种基于线性霍尔传感器的编码器偏心安装补偿方法，使用方法包括如下步骤：
[0044]
步骤s1：将四个线性霍尔传感器以互差90
°
分布，并与编码器切向连接；启动电机，通过锁相环方法消除转子位置误差，具体步骤如下：
[0045]
同步转子位置和解算子位置的相位，调节误差量至0，提高估算精度，计算方法是：
[0046][0047]
其中e为误差量，θr为实际转子位置，为解算转子位置；
[0048]
例如，实际转子位置θr为30度，解算转子位置为30度，则误差量e为：
[0049][0050]
步骤s2：分别获得四个线性霍尔传感器的输出波形，根据输出波形获取四个线性霍尔传感器相互之间的相位差、幅值差，具体步骤如下：
[0051]
步骤s21：对与α轴同轴同向的线性霍尔编码器编号为h1，其余按照逆时针编号，依次编号为h2、h3、h4；
[0052]
步骤s22：判断h1与h3线性霍尔传感器的相位差，h2与h4线性霍尔传感器的相位差，当h1、h3相位差与h2、h4相位差均为180度时，则表明电机正常工作，可以进行波形测量，当h1、h3相位差与h2、h4相位差均不为180度时，则表明电机此时不稳定，等待直到h1、h3相位差与h2、h4相位差均为180度时，再进行波形测量；
[0053]
步骤s23：记录h1与h2线性霍尔传感器的相位差、h3与h4线性霍尔传感器的相位差，记录h1与h2线性霍尔传感器的幅值差、h3与h4线性霍尔传感器的幅值差；
[0054]
步骤s3：根据相位差、幅值差判断转子偏心状态，其中偏心状态包括：一轴向偏心、两轴向偏心，具体步骤如下：
[0055]
步骤s31：当相位差为90度时，则不存在幅值差，则无偏心问题；
[0056]
步骤s32：当存在相位差不为90度，且不存在幅值差时，则说明转子仅在一个轴向上有偏移，记为一轴偏心；
[0057]
步骤s33：当存在相位差不为90度，且又存在幅值差时，则说明转子在两个轴向上均有偏移，记为两轴偏心；具体可见图2-7所示的偏心状态及对应状态输出波形示意图；
[0058]
步骤s4：当为一轴向偏心时，根据正序分量解算出的位置对偏心进行补偿；
[0059]
当为两轴向偏心时，先进行步长调节对一个轴向的偏心进行补偿，再根据正序分
量解算出的位置对另一轴向的偏心进行补偿，具体补偿过程如下：
[0060]
步骤s41：当为一轴偏心时，则通过坐标变换提取负序分量，再将原始信号减去负序分量，即实现了正负序分量的完全分离，根据正序分量解算出的位置具体方法是：根据
[0061]
将电压变量分解为正、负序分量，
[0062][0063]
其中us为电压变量，u
α
为h1线性霍尔输出电压，u
β
为h2线性霍尔输出电压，θ为实际转子位置，β为测得相位差与90度的差；
[0064][0065]
其中是正序分量，是负序分量，为正序分量补偿角，φ为负序分量补偿角；
[0066]
求解出正序分量补偿角：
[0067][0068]
去掉负序分量，根据正序分量解算出的位置：
[0069][0070]
其中为解算位置。
[0071]
例如，h1线性霍尔输出电压u
α
为1v，h2线性霍尔输出电压u
β
为1v，实际转子位置θ为30度，测得相位差与90度的差β为1度，则正序分量补偿角和解算位置为：
[0072][0073][0074]
步骤s42：当为两轴偏心时，则先采用两轴偏心误差补偿，再采用一轴偏心误差补偿，具体方法是：基于电流环误差特征量的补偿角自适应调整方法，施加一个任意极性的步长，根据前后周期的变化来调整下一周期调节步长的极性，从而动态调整补偿角度，直至步长收敛至最大值，即实现了转子位置误差的补偿，补偿结束后，消除了一个轴向的角度差，调节步长的公式为：
[0075][0076]
其中，αθc为算法的调节步长；dθc为补偿角；k为算法的执行周期，
[0077]
再次运用一轴偏心误差补偿，消除剩余轴向角度差，完成两轴偏心的调整；
[0078]
步骤s5：将误差补偿反馈至锁相环，对电机系数进行调整，最终使得电机平稳旋转。
[0079]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。