CN101561263A - 一种永磁同步电机转子位置检测方法及其使用的旋转变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种永磁同步电机转子位置检测方法及其使用的旋转变压器，用高分辨的旋转变压器位置传感器对电机转子位置实时进行检测，由旋转变压器检测到的位置信号经过解算单元得出电机转子位置的一组数字信号，经处理器芯片进行数字信号处理，从而实时更精确的控制电机。
Description
技术领域
本发明涉及适用于旋转变压器，尤其适用于永磁同步电机转子位置检测，具体涉及一种永磁同步电机转子位置检测方法及其使用的旋转变压器。
背景技术
目前永磁同步电机非常适用于电动车和混合动力车系统上，对永磁同步电机控制要求非常精确，在永磁同步控制系统中，不仅要求电机能在各种复杂的环境下工作，而且对电机的转角、转速、转矩控制精度要求非常高，因此要求对电机的转子位置信号进行检测和控制。而现有技术无法实时采样检测电机转子位置角度，从而也就无法实时精确地控制电机。
发明内容
本发明的目的在于用高分辨的旋转变压器位置传感器对电机转子位置实时进行检测，由旋转变压器检测到的位置信号经过解算单元得出电机转子位置的一组数字信号，经处理器芯片进行数字信号处理，从而实时更精确的控制电机，还提供了一种相应的旋转变压器。
大体的技术方案是采用旋转变压器传感器对永磁同步电机转子位置进行检测，旋转变压器由定子和转子组成，定子上有三组绕组，一组是正弦波输入励磁绕组，一组是正弦波输出绕组，一组是余弦波输出绕组；转子上还有一组绕组，输出两组正交的调幅波，也就是电机转子的实际位置。采用专门的解码芯片对采样的调幅波进行解码得到一组数字信号，经处理器芯片的SerialPeripheral Interface串行外围接口(SPI)进行采样，对数字信号进行处理判断得出的角度是否在允许的范围内。
这种永磁同步电机转子位置传感器检测方法的特点是：在固定的时间实时采样检测电机转子位置角度，每次采样后都对电机转子位置角度的变化进行判断，决定是否进行补偿和校正。
如果电机转子位置角度值的变化在允许的变化范围内，就判定采样值直接作为电机转子当前位置角度的校正值；如果电机转子位置角度值的变化在允许变化范围之外，就根据电机上次采样时的角速度和相邻的两次采样时间间隔计算出电机转子当前位置的角度的校正值，由处理器对电机转子位置角度的偏差进行补偿和校正。
具体技术方案如下：
一种永磁同步电机转子位置检测方法，采用如下步骤：
(1)对永磁同步电机转子位置进行检测；
(2)对检测采样得到的位置信号进行处理得到一组数字信号；
(3)对数字信号进行采样；
(4)处理数字信号并确定得到的角度是否在允许范围内。
进一步包括一步骤(5)：对电机转子位置角度的变化进行判断，决定是否进行补偿和校正。
如果电机转子位置角度值的变化在允许的变化范围内，则判定采样值直接作为电机转子当前位置角度的校正值；
如果电机转子位置角度值的变化在允许变化范围之外，则根据电机上次采样时的角速度和相邻的两次采样时间间隔计算出电机转子当前位置的角度的校正值，由处理器对电机转子位置角度的偏差进行补偿和校正。
步骤(1)中采用旋转变压器位置传感器对电机转子位置实时进行检测。
步骤(2)中，检测到的位置信号为调幅波，经过解算单元对调幅波进行处理得出电机转子位置的一组数字信号。
解算单元中一解码芯片对采样的调幅波进行解码得到该组数字信号。
步骤(3)中，使用处理器芯片的串行外围接口SPI进行对数字信号的采样。
步骤(4)中，使用处理器芯片进行数字信号处理。
所述旋转变压器由定子和转子组成，定子上有三组绕组，一组是正弦波输入励磁绕组，一组是正弦波输出绕组，一组是余弦波输出绕组；转子上有一组绕组，输出两组正交的调幅波，也即电机转子的实际位置。
所述串行外围接口SPI外设时钟为12.5MHz，SPI的波特率为500KHz。
所述处理器芯片为数字信号处理处理器DSP，其系统时钟为100MHz。
所述解码芯片的时钟范围是0～2MHz，解码精度为212＝4096。
所述旋转变压器传感器为三极，采样精度为45’＝0.725°。
采用如下步骤
(1)由DSP芯片处理器串行外围接口SPI发送时钟给解码芯片；
(2)解码芯片开始工作；
(3)当SPI发送的片选信号CS为低电平时，旋转变压器采样的信号经解码芯片输出的数字信号发送到SPI，SPI对采集到的数据进行处理；
(4)对12位数据进行处理得到当前的角度值θ，软件判断θ是否在0～360度之间，如果在这个范围内则可采用当前角度值进行控制，如果θ＞180°，则θ＝2*θ-360°；如果θ＜0°，则θ＝θ+360°；
(5)旋转变压器传感器输出角为θH，电机极对数与旋转变压器传感器极对数之比ρ，则电机转子位置角：θ＝ρ*θH；
(6)通过步骤(5)中的公式对转子位置角度处理对电机进行控制。
一种永磁同步电机转子位置检测方法所使用的旋转变压器，由定子和转子组成，定子上有三组绕组，一组是正弦波输入励磁绕组，一组是正弦波输出绕组，一组是余弦波输出绕组；转子上有一组绕组，其输出两组正交的调幅波，也即电机转子的实际位置。
与目前现有技术相比，本发明维持永磁同步电机在旋转变压器误差较大的情况下仍然稳定运行。
附图说明
图1旋转变压器系统框图
图2旋转变压器采样控制流程图
附图标记：
1.旋转变压器传感器2.解码芯片3.DSP处理器4.SPI 5.CLOCK 6.CS 7.DATA
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
如图1，2所示，其中Digital Signal Processing数字信号处理处理器DSP芯片处理器的系统时钟为100MHz，串行外围接口SPI外设时钟为12.5MHz，SPI的波特率为500KHz，解码芯片的时钟范围是0～2MHz。解码芯片的解码精度为212＝4096，旋变传感器为三极，采样精度为45’＝0.725°。
由DSP芯片处理器串行外围接口SPI发送时钟给解码芯片，这时解码芯片开始工作，当SPI发送的片选信号CS为低电平时，旋转变压器采样的信号经解码芯片输出的数字信号发送到SPI，SPI对采集到的数据进行处理，对12位数据进行处理得到当前的角度值θ，软件判断θ是否在0～360度之间，如果在这个范围内则可采用当前角度值进行控制，如果θ＞180°，则θ＝2*θ-360°；如果θ＜0°，则θ＝θ+360°。
旋转变压器传感器输出角为θH，电机极对数与旋转变压器传感器极对数之比ρ，
则电机转子位置角：θ＝ρ*θH(1)
通过上式对转子位置角度处理对电机进行控制。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1、一种永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，采用如下步骤：
(1)对永磁同步电机转子位置进行检测；
(2)对检测采样得到的位置信号进行处理得到一组数字信号；
(3)对数字信号进行采样；
(4)处理数字信号并确定得到的角度是否在允许范围内。
2、如权利要求1所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，进一步包括一步骤(5)：对电机转子位置角度的变化进行判断，决定是否进行补偿和校正。
3、如权利要求2所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，
如果电机转子位置角度值的变化在允许的变化范围内，则判定采样值直接作为电机转子当前位置角度的校正值；
如果电机转子位置角度值的变化在允许变化范围之外，则根据电机上次采样时的角速度和相邻的两次采样时间间隔计算出电机转子当前位置的角度的校正值，由处理器对电机转子位置角度的偏差进行补偿和校正。
4、如权利要求1-3中任一项所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，步骤(1)中采用旋转变压器位置传感器对电机转子位置实时进行检测。
5、如权利要求1-3中任一项所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，步骤(2)中，检测到的位置信号为调幅波，经过解算单元对调幅波进行处理得出电机转子位置的一组数字信号。
6、如权利要求5所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，解算单元中一解码芯片对采样的调幅波进行解码得到该组数字信号。
7、如权利要求1-3中任一项所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，步骤(3)中，使用处理器芯片的串行外围接口SPI进行对数字信号的采样。
8、如权利要求1-3中任一项所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，步骤(4)中，使用处理器芯片进行数字信号处理。
9、如权利要求4所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述旋转变压器由定子和转子组成，定子上有三组绕组，一组是正弦波输入励磁绕组，一组是正弦波输出绕组，一组是余弦波输出绕组；转子上有一组绕组，输出两组正交的调幅波，也即电机转子的实际位置。
10、如权利要求7所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述串行外围接口SPI外设时钟为12.5MHz，SPI的波特率为500KHz。
11、如权利要求8所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述处理器芯片为数字信号处理处理器DSP，其系统时钟为100MHz。
12、如权利要求6所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述解码芯片的时钟范围是0～2MHz，解码精度为212＝4096。
13、如权利要求4所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，所述旋转变压器传感器为三极，采样精度为45’＝0.725°。
14、如权利要求9-13任一项所述的永磁同步电机转子位置检测方法，其特征在于，采用如下步骤
(1)由DSP芯片处理器串行外围接口SPI发送时钟给解码芯片；
(2)解码芯片开始工作；
(3)当SPI发送的片选信号CS为低电平时，旋转变压器采样的信号经解码芯片输出的数字信号发送到SPI，SPI对采集到的数据进行处理；
(4)对12位数据进行处理得到当前的角度值θ，软件判断θ是否在0～360度之间，如果在这个范围内则可采用当前角度值进行控制，如果θ＞180°，则θ＝2*θ-360°；如果θ＜0°，则θ＝θ+360°；
(5)旋转变压器传感器输出角为θH，电机极对数与旋转变压器传感器极对数之比ρ，则电机转子位置角：θ＝ρ*θH；
(6)通过步骤(5)中的公式对转子位置角度处理对电机进行控制。
15、一种如权利要求4所述的永磁同步电机转子位置检测方法所使用的旋转变压器，其特征在于，由定子和转子组成，定子上有三组绕组，一组是正弦波输入励磁绕组，一组是正弦波输出绕组，一组是余弦波输出绕组；转子上有一组绕组，其输出两组正交的调幅波，也即电机转子的实际位置。
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