一種無人機無刷直流電機編碼器與轉子磁極相位對齊方法與流程

2023-10-11 03:36:34

本發明涉及機載雲臺所用無刷直流電機啟動校準與控制領域。具體涉及一種無人機無刷直流電機編碼器與轉子磁極相位對齊方法。適用於無刷直流電機控制領域，用於對絕對式編碼器的相位進行對齊，以便達成對無刷直流電機進行FOC矢量控制的目標。

背景技術：

多旋翼無人機以其結構機動靈活等特點，使得在航拍攝影、地圖測繪、偵察監視等行業的應用日趨廣泛。在航拍應用中，航拍質量的高低取決於機載雲臺的控制精度。而機載雲臺的控制精度又取決於採集到的相機姿態數據精度。而要保證相機姿態測量的精度，一套良好的無刷直流電機控制方案是必須的。而電機控制算法中，FOC算法以其控制精度高、動態響應好而被越來越多的使用。要實現用FOC算法對無刷直流電機的進行矢量控制，就需要有一套編碼器相位與轉子磁極相位對齊的方案。

技術實現要素：

本發明的目的是針對目前存在的上述問題，提供一種無人機無刷直流電機編碼器與轉子磁極相位對齊方法，該方案具有使用簡便、兼容性強等特點，在不改動硬體控制方案的同時，能夠很方便的實現編碼器相位與轉子磁極相位的對齊，從而節省了實現零點校正的時間，降低了後期產品維護費用。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

一種無人機無刷直流電機編碼器與轉子磁極相位對齊方法，包括以下步驟：

1、將編碼器安裝在電機軸上。

2、將電機驅動板上電機程序燒錄口的時鐘線與數據線短接。

3、將電機驅動板上的電源接口接入電源。

4、等看到軸動一下後停住後，用手分別嘗試順時針、逆時針旋轉一定角度後，如果都能正確返回初始位置，則編碼器相位與轉子磁極相位自動對齊完畢。

5、斷開電源線，並將電機驅動板上短接的時鐘線與數據線移除。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

1、本發明設計了一種無人機無刷直流電機編碼器與轉子磁極相位對齊方法，該方案操作簡單。因此，在產品生產階段能夠節省實現零點校正的時間。

2、本發明在不改變外部硬體電路的情況下，充分利用現有資源，將主要的功能實現放到電機驅動軟體中，由驅動程序自動檢測、記錄電機電角度的初始相位到電機驅動晶片中，因此，在產品售後服務中，能夠有效減少維修時間、降低維護費用。

附圖說明

圖1為編碼器的正視圖；

圖2為編碼器電機的位置相對圖；

圖3為電機的正視圖。

具體實施方式

以下結合機載雲臺無刷直流電機驅動板實例對本發明的技術方案做進一步描述。

一種無人機無刷直流電機編碼器與轉子磁極相位對齊方法，包括以下幾個步驟：

步驟1，將機載雲臺無刷直流電機驅動板安裝到電機軸上，請注意不要將電機軸的有效轉動範圍安裝在編碼器死區內。目的是使電機能夠正常工作。

步驟2，將機載雲臺無刷直流電機驅動板上，電機程序燒錄口的時鐘線與數據線短接。目的是為了方便電機驅動程序能夠有效區分當前的工作狀態是正常工作狀態，還是處於相位對齊的零點校正狀態。

步驟3，將機載雲臺無刷直流電機驅動板上的電源接口接入4S即15V電源。目的是給電機驅動晶片及電機供電。上電前務必要注意電機與編碼器要能順暢轉動不能有阻礙。

步驟4，等看到電機軸動一下停住後，編碼器相位與轉子磁極相位自動對齊完畢；此時，電機驅動程序已經完成了對電機電角度初始相位的檢測，並將該檢測值存儲到了電機控制晶片中；

步驟5，斷開電源線，並將電機驅動板上短接的時鐘線與數據線移除。以便在電機驅動板再次供電時，電機驅動程序工作在正常的FOC矢量控制狀態；

工作原理：

要達成FOC控制，就要使電機的初級電磁場與轉子磁極永磁場正交，即波形互差90度電角度。只要能夠檢測到正弦型反電勢波形的電角度相位，就可以得到與反電勢波形一致的正弦型相電流。因此相位對齊就可以轉化為編碼器相位與轉子磁極相位的對齊關係。

通常採用給電機繞組通以小於額定電流的直流電流使電機轉子定向的方法來實現編碼器與轉子磁極的相位對齊。通電後，初級電磁場與磁極永磁場相互作用，定位至互差0度電角度的平衡位置上。然後，主控將當前編碼器的實測位置存儲在內部EEPROM中。最後程序正常運行時，主控從EEPROM中讀取該位置信息用於相位對齊。驅動器任意時刻的位置檢測數據與從上述EEPROM中讀取的位置信息做差，然後根據極對數進行換算後，再加上-30度電角度，就可以得到該時刻的電機電角度相位；本方案僅適用於絕對式編碼器，此外實施例4還有一種實施方法：等看到電機軸動一下停住後，用手分別嘗試順時針、逆時針旋轉一定角度後，如果都能正確返回初始位置，則編碼器相位與轉子磁極相位自動對齊完畢。此時，電機驅動程序已經完成了對電機電角度初始相位的檢測，並將該檢測值存儲到了電機控制晶片中。