[发明专利]直线电机系统的初始电角度定位方法及系统

说明书

本发明涉及电机控制领域，具体地涉及一种直线电机系统的初始电角度定位方法及系统，所述方法包括以下步骤：通过预定位法测试得到电角度θ及其对应的光栅尺位置P换算的电角度θ'数据对；根据所述数据对拟合得到畸变函数θ'=f(θ)；采用二分法查找电角度，直至电机锁定当前电角度θ(i)，记录当前光栅尺位置P换算的电角度θ'=θ(i)，i为二分法查找的迭代次数；根据畸变函数的反函数求解得到初始电角度为fsupgt;‑1/supgt;（θ'）。该方案整个定位过程电流较小，运动位移较小，无需额外的传感器，且实现判断逻辑简单，该算法可嵌入伺服驱动器，且可广泛应用于直线电机控制系统中。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体地涉及一种直线电机系统的初始电角度定位方法及系统。

背景技术

直线电机伺服控制系统，使直线电机的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。一般直线电机搭载增量式光栅尺作为位置反馈，驱动器驱动线圈产生电流及推力，推动动子运动。目前被广泛应用于高精密定位平台的运动控制系统中，包括半导体、加工制造等自动化领域。

实际直线电机运行时需要确定初始上电的电角度，驱动器才能按照正确的运行方式驱动电机运动，但增量式光栅尺初始上电时无法确定初始位置角，因此实际运行之前需要进行角度辨识，根据光栅尺数值解算到动子的初始电角度位置。增量式位置传感基本初始定位方法包括：预定位法、霍尔辨识、高频注入法等算法。

霍尔辨识：需要在直线电机动子上正确地安装三个霍尔传感器ABC，包括相序和角度，若且常见的霍尔有60度安装法和120度安装法。该方法几乎无需动子运动。但是，安装错误、相序不一致、或角度误差较大则会导致辨识失败。且增加了霍尔传感器，成本更高，至少需要电源、地线、ABC三相线，总共五根线缆更为复杂。

预定位法：在电机启动前，让转子磁极与给定相位对齐，可以通过控制电流矢量在固定相位保持一段时间或者直接控制器驱动器逆变器二极管的开闭，使转子转到给定的磁场方向。然而，在预定位过程中，动子可能会有较大范围的运动，至少为一个N-S极的距离，不适用于不允许电机较大运动的使用范围。

高频注入法：通过给线圈电流注入高频分量，经过滤波器及解算算法提取电角度信息，虽然该方案定位时运动距离较小，但注入高频分量可能会引起电机振动，且解算过程复杂，算法精度一般，在很多场景并不实用。

此外，由于直线电机的永磁体设计中磁通量并非完全正弦分布，实际电机初始电角度定位时，存在的齿槽力、摩擦力等因素使得定位到的电角度与光栅尺换算的电角度并非完全匹配，导致电角度理论结果与实际存在一定误差。如果直接采用光栅尺换算的电角度运算，那么存在的角度误差会影响实际的闭环控制性能。

因此，现有技术缺少能够在整个定位过程电流较小，运动位移较小的应用场景中，准确定位初始电角度的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种直线电机系统的初始电角度定位方法及系统。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种直线电机系统的初始电角度定位方法，包括以下步骤：

通过预定位法测试得到电角度θ及其对应的光栅尺位置P换算的电角度θ'数据对；

根据所述数据对拟合得到畸变函数θ'＝f(θ)；

采用二分法查找电角度，直至电机锁定当前电角度θ(i)，记录当前光栅尺位置P换算的电角度θ'＝θ(i)，i为二分法查找的迭代次数；

根据畸变函数的反函数求解得到初始电角度为f^-1(θ')。

本发明第二方面提供一种直线电机系统的初始电角度定位系统，所述系统包括：

数据获取模块，用于通过预定位法测试得到电角度θ及其对应的光栅尺位置P换算的电角度θ'数据对；