阅读说明：本技术 电机角度误差矫正方法、装置、计算机设备和存储介质 (Motor angle error correction method and device, computer equipment and storage medium ) 是由 骆鹏 黎国才 王剑卿 于 2020-03-09 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种电机角度误差矫正方法、装置、计算机设备和存储介质,所述方法包括：获取转子角度；根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；对所述直流角速度进行滤波处理,得到滤波角速度；根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；根据所述转子角度与所述滤波角度的差值,生成当前误差量；根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿,得到滤波和误差矫正后的最终角度。根据上述方法对获取的转子角度进行了滤波处理和矫正补偿处理,既提升了获取角度信号的抗干扰能力,也保证角度误差在控制范围内,提高了电机控制时的稳定性。(The application relates to a motor angle error correction method, a motor angle error correction device, computer equipment and a storage medium, wherein the method comprises the following steps: obtaining a rotor angle; generating a direct current angular velocity according to the rotor angle differential conversion; filtering the direct current angular velocity to obtain a filtering angular velocity; generating a filtering angle according to the filtering angular velocity integral conversion; generating a current error amount according to the difference value of the rotor angle and the filtering angle; and carrying out error compensation on the filtering angle according to the current error amount to obtain a final angle after filtering and error correction. According to the method, the obtained rotor angle is subjected to filtering processing and correction compensation processing, so that the anti-interference capacity of the obtained angle signal is improved, the angle error is ensured to be within a control range, and the stability of the motor during control is improved.)

电机角度误差矫正方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种电机角度误差矫正方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

在高性能交流永磁电机驱动系统中，根据转子角度使定子电流坐标变换，以获得转矩及励磁电流分量，是电机闭环控制中非常重要的一环。若该角度发生偏差，将直接影响电机的控制性能，轻则降低电机的运行性能，重则导致控制系统失调失稳。

常见的角度检测传感器主要有光电编码器和旋转变压器，电机旋转运行过程中，角度信号是一个时变量，在数字系统中由于变量的位数有限，最终该信号是一锯齿波，而导致编码器器角度与电机轴位置发生偏差的因素有：编码器安装不良、外部信号干扰、编码器位数有限导致的量化误差。

目前对于降低外部信号干扰已有的处理方式是中位值滤波加上微分限幅，该滤波方式直接将编码器获取角度的误差量限制在一定范围内，超出范围的直接舍弃，这样不可避免地带来位置信号的丢失。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种电机角度误差矫正方法、装置、计算机设备和存储介质。

第一方面，本实施例提供了一种电机角度误差矫正方法，所述方法包括：

获取转子角度；

根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

可选地，所述根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度，包括：

将所述当前误差量与上一轮的误差总量求和，生成当前误差总量；

根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量；

根据所述误差补正量和当前误差总量生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量；

根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

可选地，所述根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量，包括：

当所述当前误差总量超出所述预设误差范围时，根据所述当前误差总量和所述预设误差范围的上限值生成误差量；

对所述误差量进行限幅处理生成误差补正量。

可选地，所述根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量，包括：

当所述当前误差总量在所述预设误差范围内时，所述误差补正量为零。

第二方面，本实施例提供了一种电机角度误差矫正装置，所述装置包括：

编码器模块，用于获取转子角度；

转换模块，用于根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

滤波模块，用于对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

逆转换模块，用于根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

差值生成模块，用于根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

误差补偿模块，用于根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

可选地，所述误差补偿模块包括：

差值叠加单元，用于将所述当前误差量与上一轮的误差总量求和，生成当前误差总量；

差值判断单元，用于根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量；

差值累计单元，用于根据所述误差补正量和当前误差总量生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量；

误差补偿单元，用于根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

可选地，所述差值判断单元包括：

误差超值单元，用于当所述当前误差总量超出所述预设误差范围时，根据所述当前误差总量和所述预设误差范围的上限值生成误差量；

限幅单元，用于对所述误差量进行限幅处理生成误差补正量。

可选地，所述差值判断单元还包括：

未超值单元，用于当所述当前误差总量在所述预设误差范围内时，所述误差补正量为零。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

获取转子角度；

根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取转子角度；

根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

上述电机角度误差矫正方法、装置、计算机设备和存储介质，所述方法包括：获取转子角度；根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。根据上述方法对获取的转子角度进行了滤波处理和矫正补偿处理，既提升了获取角度信号的抗干扰能力，也保证角度误差在控制范围内，提高了电机控制时的稳定性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中一种电机角度误差矫正方法的流程示意图；

图2为一个实施例中编码器反馈转子角度的波形图；

图3为一个实施例中电机角度误差矫正方法的原理示意图；

图4为一个实施例中误差补偿前后的波形对比图；

图5为一个实施例中转子角度信号存在干扰毛刺的效果波形图；

图6为一个实施例中消除转子角度信号中干扰毛刺的效果波形图；

图7为一个实施例中一种电机角度误差矫正装置的结构框图；

图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在一个实施例中，图1为一个实施例中一种电机角度误差矫正方法的流程示意图，参照图1，本实施例提供了一种电机角度误差矫正方法，该电机角度误差矫正方法具体包括如下步骤：

步骤S210，获取转子角度。

在本实施例中，图2为一个实施例中编码器反馈转子角度的波形图，根据编码器获取转子角度θ_enc，电机旋转运行过程中，转子角度θ_enc是一个随着时间变化的变量，在数字系统中由于编码器变量的位数有限，输出的信号为锯齿波状，如图2所示，其中横坐标为时间，纵坐标为转子角度(放大了1000倍)，因此输出的转子角度精确度不高，存在量化误差。

步骤S220，根据所述转子角度微分转换生成直流角速度。

在本实施例中，为了提高编码器反馈转子角度的抗干扰能力，需要对转子角度信号进行滤波处理，但由于转子角度是一个锯齿波的时变信号，直接对其滤波会产生相位和幅值的衰减，特别是在数值范围溢出的位置发生翻转突变，如图2所示，导致滤波前后偏差过大导致信号严重失真无法使用。

利用转子角度θ_enc与直流角速度ω_enc之间的微分关系，将锯齿波状的转子角度θ_enc进行微分计算，转换为可进行滤波处理的直流角速度ω_enc。

步骤S230，对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度。

在本实施例中，对微分后的直流角速度ω_enc进行低通滤波处理，消除转子角度信号中的干扰毛刺，并避免滤波前后偏差过大导致信号失真的现象，得到滤波角速度ω_{enc_fit}。

步骤S240，根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度。

在本实施例中，再将滤波处理后得到的滤波角速度ω_{enc_fit}经过积分转换为转子角度对应的滤波后的滤波角度以此将转子角度θ_enc信号进行滤波处理，得到滤波后的滤波角度

步骤S250，根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量。

在本实施例中，即当前误差量为

步骤S260，根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在本实施例中，根据当前误差量θ_er对所述滤波角度进行误差补偿，保证角度误差在控制范围内，得到滤波误差矫正后的最终角度θ_est。

具体地，图3为一个实施例中电机角度误差矫正方法的原理示意图，如图3所示，根据编码器获取转子角度θ_enc，电机旋转运行过程中，转子角度θ_enc是一个随着时间变化的变量，在数字系统中由于变量的位数有限，输出的信号为锯齿波状，因此输出的转子角度精确度不高，存在量化误差。根据所述转子角度微分转换生成直流角速度。利用转子角度θ_enc与直流角速度ω_enc之间的微分关系，将锯齿波状的转子角度θ_enc进行微分计算，转换为可进行滤波处理的直流角速度ω_enc，此时得到的直流角速度信号中存在干扰毛刺。对微分后的直流角速度ω_enc进行低通滤波处理，消除转子角度信号中的干扰毛刺，并避免滤波前后偏差过大导致信号失真的现象，得到滤波角速度ω_{enc_fit}。再将滤波处理后得到的滤波角速度ω_{enc_fit}经过积分转换为转子角度对应的滤波后的滤波角度以此将转子角度θ_enc信号进行滤波处理，得到滤波后的滤波角度根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量。即当前误差量为根据当前误差量θ_er对所述滤波角度进行误差补偿，保证角度误差在控制范围内，得到滤波个误差矫正后的最终角度θ_est。

图4为一个实施例中误差补偿前后的波形对比图，图4为图2中0-360°中截取其中一段并放大的波形图，参照图4，图4中有明显阶梯变化的波形为未经滤波和误差补偿的编码器反馈角度值，与经过滤波和误差补偿后的线性图相比，经过滤波和误差补偿后得到的角度值精确度更高，使编码器反馈的角度值实时更新，避免在一个采样周期内反馈角度值为固定整数，经过滤波和误差补偿提高了编码器反馈角度的分辨率，减小了编码器反馈角度的误差。

在一个实施例中，将所述当前误差量与上一轮的误差总量求和，生成当前误差总量；根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量；根据所述误差补正量和当前误差总量生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量；根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

具体地，将当前误差量θ_er与上一轮生成的误差总量θ′_err叠加，生成当前误差总量θ_err，即θ_err＝θ′_err+θ_er，再将当前误差总量θ_err与预设误差范围[-θ_min，θ_min]进行比对，生成误差补正量并用所述当前误差总量θ_err与误差补正量做差值计算，生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量，即下一轮进行误差叠加的误差总量为根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度，即最终角度为将每一轮获取的误差进行叠加，再进行矫正补偿，以此消除量化误差，提高编码器反馈转子角度的精确度。

在一个实施例中，当所述当前误差总量超出所述预设误差范围时，根据所述当前误差总量和所述预设误差范围的上限值生成误差量；对所述误差量进行限幅处理生成误差补正量。

具体地，当前误差总量θ_err与预设误差范围[-θ_min，θ_min]进行比对，若当前误差总量θ_err超出预设误差范围[-θ_min，θ_min]，则将当前误差总量θ_err超出预设误差范围[-θ_min，θ_min]的部分作为误差量Δθ_err，即Δθ_err＝θ_err-θ_min，将所述误差量Δθ_err限定在[-θ_max，θ_max]范围内，对所述误差量Δθ_err进行限幅处理，得到误差补正量所述误差补正量的最大值为系统转子最大角速度计算获得的θ_max，将误差补正量加到滤波角度上进行补偿，得到最终角度为以保证最终角度θ_est与编码器反馈的转子角度θ_enc的偏差在控制范围内。

误差补正量随着当前误差总量θ_err增大而增大，但最大不超过θ_max；随着当前误差总量θ_err减小而减小，最小不小于θ_min。通过调节误差补正量的增减速度来调节抗干扰能力的强弱。误差补正量的增减速度还要根据系统设置的预设偏差范围来确定，当系统设置的预设偏差范围越小，则需要加速抵消当前误差总量θ_err至预设偏差范围内，则误差补正量的增减速度越大，编码器反馈角度的能力越好，编码器反馈角度的抗干扰能力越弱；当系统设置的预设偏差范围越大，则误差补正量的增减速度越小，编码器反馈角度的抗干扰能力越强。所述误差补正量应是预设偏差范围与抗干扰能力均衡的结果。

在一个实施例中，当所述当前误差总量在所述预设误差范围内时，所述误差补正量为零。

具体地，若当前误差总量θ_err在预设误差范围[-θ_min，θ_min]内时，则不需要进行误差补偿处理，所述误差补正量用于下一轮进行误差叠加的误差总量与当前误差总量相等。

图5为一个实施例中转子角度信号存在干扰毛刺的效果波形图，

图6为一个实施例中消除转子角度信号中干扰毛刺的效果波形图，图5和图6对比可知，滤波处理削弱了干扰信号对最终角度θ_est的影响，根据上述方法提高了编码器反馈转子角度信号的抗干扰能力，提高了电机控制的稳定性。

图1为一个实施例中电机角度误差矫正方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，图7为一个实施例中一种电机角度误差矫正装置的结构框图，参照图7，本实施例提供了一种电机角度误差矫正装置，所述装置包括：

编码器模块310，用于获取转子角度；

转换模块320，用于根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

滤波模块330，用于对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

逆转换模块340，用于根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

差值生成模块350，用于根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

误差补偿模块360，用于根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，所述误差补偿模块360包括：

差值叠加单元，用于将所述当前误差量与上一轮的误差总量求和，生成当前误差总量；

差值判断单元，用于根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量；

差值累计单元，用于根据所述误差补正量和当前误差总量生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量；

误差补偿单元，用于根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，所述差值判断单元包括：

误差超值单元，用于当所述当前误差总量超出所述预设误差范围时，根据所述当前误差总量和所述预设误差范围的上限值生成误差量；

限幅单元，用于对所述误差量进行限幅处理生成误差补正量。

在一个实施例中，所述差值判断单元还包括：

未超值单元，用于当所述当前误差总量在所述预设误差范围内时，所述误差补正量为零。

在一个实施例中，本申请提供的电机角度误差矫正装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图8所示的计算机设备上运行。计算机设备可以具体是但不仅限于嵌入式设备或工控机设备，所述嵌入式设备包括嵌入式系统和执行装置。所示计算机设备包括输入设备、输出设备、处理器和存储器。本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。计算机设备的存储器中可存储组成该电机角度误差矫正装置的各个程序模块，比如，图7所示的编码器模块310、转换模块320、滤波模块330、逆转换模块340、差值生成模块350和误差补偿模块360。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本申请各个实施例的电机角度误差矫正方法中的步骤。

例如，图8所示的计算机设备可以通过如图7所示的电机角度误差矫正装置中的编码器模块310执行获取转子角度。计算机设备可通过转换模块320执行根据所述转子角度微分转换生成直流角速度。计算机设备可通过滤波模块330执行对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度。计算机设备可通过逆转换模块340执行根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度。计算机设备可通过差值生成模块350执行根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量。计算机设备可通过误差补偿模块360执行根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

获取转子角度；

根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将所述当前误差量与上一轮的误差总量求和，生成当前误差总量；根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量；根据所述误差补正量和当前误差总量生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量；根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：当所述当前误差总量超出所述预设误差范围时，根据所述当前误差总量和所述预设误差范围的上限值生成误差量；对所述误差量进行限幅处理生成误差补正量。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：当所述当前误差总量在所述预设误差范围内时，所述误差补正量为零。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

获取转子角度；

根据所述转子角度微分转换生成直流角速度；

对所述直流角速度进行滤波处理，得到滤波角速度；

根据所述滤波角速度积分转换生成滤波角度；

根据所述转子角度与所述滤波角度的差值，生成当前误差量；

根据所述当前误差量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将所述当前误差量与上一轮的误差总量求和，生成当前误差总量；根据当前误差总量与预设误差范围的对比生成误差补正量；根据所述误差补正量和当前误差总量生成用于下一轮进行误差叠加的误差总量；根据所述误差补正量对所述滤波角度进行误差补偿，得到滤波和误差矫正后的最终角度。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：当所述当前误差总量超出所述预设误差范围时，根据所述当前误差总量和所述预设误差范围的上限值生成误差量；对所述误差量进行限幅处理生成误差补正量。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：当所述当前误差总量在所述预设误差范围内时，所述误差补正量为零。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。