CN103490682B - 一种交流伺服电机转子位置检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交流伺服电机转子位置检测系统及检测方法，该检测系统包括时栅控制器、信号加载模块、设在转子上的动测头、位置信号提取及输出模块；所述时栅控制器与信号加载模块连接，信号加载模块与电机的对称三相定子绕组连接，所述动测头与位置信号提取及输出模块连接，位置信号提取及输出模块与时栅控制器连接；该检测方法采用将时栅位移传感器嵌入到电机内部实现位置检测，利用其定子绕组作为时栅定测头，利用转子已有的绕组或重新绕线的方式构成时栅动测头，动测头上感应的位置信号与一相激励信号比相获得转子位置信号。其能在恶劣工作环境下检测转子位置，具有较高的测量精度和较低的控制成本，同时具有较宽的应用范围和较高的可靠性。

Description

一种交流伺服电机转子位置检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种交流伺服电机转子位置检测系统及检测方法。

背景技术

在交流伺服电机的矢量控制技术中，转子位置检测是实现伺服控制的一个非常关键的参数。目前采用的转子位置检测方法有两种：一种是外置传感器检测，比如旋转变压器法、光电编码器法，其测量精度高，但是其成本较高，传感器安装不方便，且需破坏电机主轴结构，结构不紧凑；另一种是无位置传感器检测，其加载高频信号后，对定子线圈反电势进行检测，通过建立数学模型来推算转子位置，这种方法需要建立复杂的数学模型，在计算的时候需要假定电机的一些参数在运行过程中是始终保持恒定的，而且在启动和低速运行时仅适用于凸极永磁电机或转子经过特殊加工形成凸极的感应电机，应用范围窄，精度和可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种交流伺服电机转子位置检测系统及检测方法，使其在恶劣工作环境下检测转子位置时，具有较高的测量精度和较低的控制成本，同时具有较宽的应用范围和较高的可靠性。

本发明的构思为：场式时栅位移传感器的测量原理与交流伺服电机驱动的工作原理有一个共同的特点，即都需借助旋转磁场与转子作用来实现自身的功能。时栅利用磁场具备时空两面性，实现将空间位移的测量转换为时间脉冲个数的测量，电机利用磁场的空间性，将空间变化的磁场转换为转子沿空间旋转的能量转换媒介。时栅中旋转磁场的同步转速要远高于电机旋转的同步转速，而其强度却远小于电机旋转磁场强度。因此，根据磁场叠加原理，将两个不同频率、不同强度的磁场信号，加载于电机定子线圈，可以在气隙中产生两个磁场相加的旋转磁场，通过电磁感应，可以在转子的绕组上得到两个相加的感应电势，一个实现电机转动的能量转换，一个反应转子空间位置，两个信号频率相差明显，用滤波的方式将反应转子空间位置的时栅感应信号分离出来，便可以实现不影响电机正常运转的同时对电机位置进行检测。

本发明所述的交流伺服电机转子位置检测系统，包括时栅控制器、信号加载模块、设在转子上的动测头、位置信号提取及输出模块；所述时栅控制器与信号加载模块连接，信号加载模块与电机的对称三相定子绕组（相当于定测头）连接，时栅控制器输出的对称的三相时栅激励信号与交流电提供的对称的三相电机驱动信号经信号加载模块加载后输入到该对称三相定子绕组中；所述动测头与位置信号提取及输出模块连接，位置信号提取及输出模块与时栅控制器连接，动测头感应到驱动转子旋转的电机驱动信号和反应转子位置的时栅感应信号，位置信号提取及输出模块将该时栅感应信号提取出来并发送给时栅控制器，时栅控制器对时栅激励信号和该时栅感应信号进行处理，得到转子位置信息。

为了实现对称的三相时栅激励信号与对称的三相电机驱动信号的有效稳定加载，同时又不对该三相时栅激励信号造成冲击，信号加载模块采用三相立体卷铁心自耦变压器，立体卷铁心是一种卷绕式铁心,整个铁心由三个完全相同的、单个的卷铁心框拼合而成的,拼合后铁心的三个心柱呈等边三角形立体排列，这种立体结构的变压器与平面结构相比，突出的特点是各个铁心柱相互连贯、具有完全对称的磁回路且都最短，同时铁心层间没有搭头、接缝，使得磁路各处磁阻均匀一致、励磁电流和三次谐波分量更小，既能保证三相电压平衡又能降低运行噪音。三相立体卷铁心自耦变压器的每相都具有串联绕组W₁、公共绕组W₂以及第三绕组W₃，串联绕组W₁与公共绕组W₂共同构成主绕组W₁+W₂，输入一相电机驱动信号，第三绕组W₃与主绕组W₁+W₂耦合，输入经滤波、放大后的一相时栅激励信号，公共绕组W₂输出一相加载有时栅激励信号的电机驱动信号，取公共绕组W₂的部分形成第四绕组W₄，该第四绕组W₄输出电压信号，经整流后给时栅控制器供电。其通过载波方式将时栅的弱电激励信号（即对称的三相时栅激励信号）注入到交流伺服电机的强电工作绕组（即对称三相定子绕组）中用以产生实现时栅‘时空转换’的旋转磁场。由于该自耦变压器本身不仅有“电磁感应”耦合，而且还有“电”的直接联系的特点，因此可利用“电磁感应”耦合的特点引入第三绕组W₃，来实现时栅激励信号在电机驱动信号上的加载，同时可利用“电”直接传导的特点为交流伺服电机的大驱动电流提供直接通路来减小变压器体积。

时栅控制器包括时栅激励信号产生模块、放大及滤波模块、整形模块、比相模块、角位移处理模块和电源模块；所述电源模块与信号加载模块连接，从信号加载模块中获取工作电源，给时栅控制器内的各个模块供电；所述时栅激励信号产生模块与信号加载模块连接，将产生的对称的三相时栅激励信号送入信号加载模块，时栅激励信号产生模块与整形模块连接，将其中一相时栅激励信号通过整形模块转换为用于比相的方波信号；所述放大及滤波模块的输入端与位置信号提取及输出模块连接，输出端与整形模块连接，将动测头上输出的与该相时栅激励信号对应的时栅感应信号进行放大、滤波处理后，通过整形模块转换为方波信号；所述整形模块与比相模块连接，比相模块与角位移处理模块连接，转换后的两路方波信号被送入比相电路进行处理，其相位差由插补的时钟脉冲表示，经角位移处理模块处理后得到转子的位置。时栅控制器还可连接显示模块，用于对处理后得到的转子位置信息进行显示。

为了使位置信息提取更准确，高频加载信号的提取方法优选采用变面积式（即将磁通的变化表示为磁对极面积之间的变化），时栅定子及定测头采用电机本身定子及绕组，时栅的转子及动测头根据电机的转子结构分成三种情况处理：

（1）在检测异步绕线式交流电机的转子位置时，由于电机本身在定子和转子上都有绕线，而且是严格按照定子和转子磁极对数相等，每个磁对极空间角度对应相等的关系来绕线的。因此，动测头采用星形连接的转子绕组中的一相线圈或者采用三角形连接的转子绕组转换成星形连接后的一相线圈，该相线圈的引线端为动测头的信号测量端。位置信号提取及输出模块由与该相线圈通过集电环连接的电刷、位于该电机外与电刷通过引线连接的滤波电路构成，动测头感应到的电机驱动信号和时栅感应信号从电刷上引出，滤波电路提取时栅感应信号后通过导线输入时栅控制器。

（2）在检测鼠笼型感应电机时，由于转子上没有绕线，需要在转子上开嵌线槽，并嵌线作为感应转子位置信号的动测头。因此，其转子圆周上等间距的开设有数量为定子磁对极数两倍的嵌线槽（若定子磁对极数为n，则在转子圆周上按等间距加工2n个嵌线槽，按一个磁对极，构成整周n个磁对极的形式），在嵌线槽内以与对称三相定子绕组相同的绕线方式嵌入有一相感应线圈，作为感应转子位置信号的动测头，并以该相感应线圈的引线端作为动测头的信号测量端。

（3）在检测面装式永磁同步电机的转子位置时，虽然转子上没有绕线，但是面装式永磁同步电机的转子的磁极之间有间隙，在该间隙内以与对称三相定子绕组相同的绕线方式嵌入有一相感应线圈，作为感应转子位置信号的动测头，并以该相感应线圈的引线端作为动测头的信号测量端。

在上述（2）和（3）的情况下，位置信号提取及输出模块可采用两种结构：一种是，其由固定在转子转轴上的滤波电路、无线信号发射电路以及位于该电机外的无线信号接收电路构成，滤波电路的输入端为动测头的信号测量端，输出端与无线信号发射电路连接，无线信号接收电路与时栅控制器连接，将滤波电路提取的时栅感应信号通过无线信号发射电路发射出去，无线信号接收电路接收该信号并输入时栅控制器。另一种是，其由滤波电路和非接触式电磁耦合变压器构成，非接触式电磁耦合变压器是将常规的变压器磁芯的原、副边磁芯分离，非接触式电磁耦合变压器包括由原边（包括原边磁芯和原边线圈）构成的输入部分和由副边（包括副边磁芯和副边线圈）构成的输出部分；所述滤波电路和输入部分固定在转子转轴上，输出部分固定在电机端盖上，滤波电路的输入端为动测头的信号测量端，输出端与输入部分的原边线圈的引线端连接，输出部分的副边线圈的引线端伸出电机外与时栅控制器连接，滤波电路提取时栅感应信号，输入原边线圈中，当原边随转子转动时，原边磁芯中产生一个交变磁场，这个磁场通过气隙传到副边磁芯，副边线圈感应到时栅感应信号，通过其引线将时栅感应信号引出并输入时栅控制器。同时，作为原、副边磁芯的罐形铁心材料，尽量选取导磁率高，频率响应范围宽的导磁材料，并在整个非接触式电磁耦合变压器外表面附上铜膜以减少外界电磁干扰。

采用上述交流伺服电机转子位置检测系统进行转子位置检测的方法，包括：

步骤一、加载时栅激励信号：将时栅控制器产生的对称的三相时栅激励信号与交流电源提供的对称的三相电机驱动信号输入到信号加载模块中进行加载，经加载后的信号输入到对称三相定子绕组中，使所述三相电机驱动信号产生的高压低频旋转磁场与所述三相时栅激励信号产生的低压高频旋转磁场同时存在该电机的气隙中。

步骤二、提取反应转子位置的时栅感应信号并输出：动测头感应到驱动转子旋转的电机驱动信号（因前述高压低频旋转磁场而产生）和反应转子位置的时栅感应信号（因前述低压高频旋转磁场而产生），位置信号提取及输出模块将该时栅感应信号提取出来并发送给时栅控制器。

步骤三、计算转子位置：时栅控制器对时栅激励信号和所述时栅感应信号进行整形、比相、时钟插补处理，并转换得到转子位置。

本发明利用场式时栅位移传感器与交流电机工作原理的相同之处，以对称三相定子绕组作为场式时栅位移传感器的定测头，以转子绕组的一相线圈或者嵌在转子上的一相线圈或者嵌在转子的磁极之间的间隙内的一相线圈为动测头，将对称的三相时栅激励信号与对称的三相电机驱动信号加载到对称三相定子绕组内，动测头感应的信号经提取后，输出给时栅控制器处理，从而对转子位置进行检测。其能在恶劣工作环境下在不影响电机正常运转的同时检测转子位置，使得该交流伺服电机同时具备驱动转子旋转和转子位置检测的功能，无需改动交流伺服电机转轴的主要结构，无需外置位置传感器，交流伺服电机结构紧凑；时栅利用磁场具备的时空两面性，实现将空间位移的测量转换为时钟脉冲个数的测量，其测量精度高，成本低，对异步绕线式交流电机或者鼠笼型感应电机或者面装式永磁同步电机等的转子位置检测都可采用，具有较宽的应用范围和较高的可靠性，为交流伺服电机的集成化、智能化发展迈出非常重要的一步。

附图说明

图1为本发明中交流伺服电机转子位置检测系统的原理框图。

图2为本发明中交流伺服电机转子位置检测的原理图。

图3为本发明中三相立体卷铁心自耦变压器模型的原理框图。

图4为本发明中时栅控制器的结构框图。

图5为本发明中交流伺服电机转子位置检测系统结构框图。

图6为鼠笼型感应电机或面装式永磁同步电机的定子绕线图（具有两对磁极）。

图7为与图6对应的动测头的示意图。

图8为滤波电路与无线信号发射电路的原理图。

图9为无线信号接收电路的原理图。

图10为异步绕线式交流电机的动测头的示意图。

图11为本发明在交流伺服系统中的应用图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1至图9所示，交流伺服电机为鼠笼型感应电机，其转子位置检测系统，包括时栅控制器1、信号加载模块2、设在转子上的动测头4、显示模块5和位置信号提取及输出模块6。

信号加载模块2为三相立体卷铁心自耦变压器，其每相具有串联绕组W₁、公共绕组W₂以及第三绕组W₃（参见图3），串联绕组W₁与公共绕组W₂共同构成主绕组W₁+W₂，输入一相电机驱动信号（其电动势为U₁，频率为ω₁），第三绕组W₃与主绕组W₁+W₂耦合，输入时栅控制器1产生的经TDA7297功放与滤波模块滤波、放大后的一相时栅激励信号（其电动势为U₃，频率为ω₂），公共绕组W₂输出加载有该相时栅激励信号的电机驱动信号（其电动势为U₂），取公共绕组W₂的部分形成第四绕组W₄，该第四绕组W₄输出电压信号（其电动势为U_p），经三相整流桥SQL1010整流后，给时栅控制器1供电。参见图5，三相立体卷铁心自耦变压器的三个主绕组W₁+W₂分别具有输入接线端A、B、C，三个第三绕组W₃分别具有输入接线端S1、S2、S3，三个公共绕组W₂分别具有输出接线端X、Y、Z，三个第四绕组W₄分别具有输出电压接线端Q1、Q2、Q3。

参见图6、图7，在转子圆周上等间距的开设数量为定子磁对极数两倍的嵌线槽，在嵌线槽内嵌入一相感应线圈，构成动测头4，该相感应线圈与对称三相定子绕组中的第一相绕组的绕线方式相同，以三相两对磁极为例，若定子绕线方式如图6所示，则在转子上沿圆周按90°间距加工四个嵌线槽，并按图7所示的形式按180°一个磁对极，绕上两个磁对极的一相线圈（与对称三相定子绕组的第一相绕组对应），将该相线圈的两个引线端（即图7中的AX端）引出作为动测头4的信号测量端。

位置信号提取及输出模块6由固定在转子转轴上的滤波电路62、无线信号发射电路63（参见图8）以及位于该电机外的无线信号接收电路64（参见图9）构成，无线信号发射电路63与无线信号接收电路64采用高频集成芯片NE564来实现，滤波电路62和无线信号发射电路63采用两个1.5V纽扣电池供电，固定于转子转轴上，完成对感应信号的滤波和无线发射工作。为了保证信号的实时性，采用模拟高频信号发送的方式，具体调制的方式采用调频和调幅都可以，由于发射距离很短（10米以内），只需实现电机内外信号通信即可，发射频率不宜选取过大。另外，为了实现发射信号的稳定发送和接收，应尽量避开常见的无线频段。

时栅控制器1包括时栅激励信号产生模块11、放大及滤波模块12、整形模块13、比相模块14、角位移处理模块15和电源模块16。

时栅激励信号产生模块11连接三相立体卷铁心自耦变压器的输入接线端S1、S2、S3，时栅激励信号产生模块11产生频率为ω₂=1.5KHz，相位相差120°的三相余弦信号（即三相时栅激励信号），输入三相立体卷铁心自耦变压器的三个第三绕组W₃中，交流电提供的频率为ω₁=50Hz、相位相差120°的对称的三相余弦信号（即三相电机驱动信号）连接三相立体卷铁心自耦变压器的输入接线端A、B、C，三相时栅激励信号与三相电机驱动信号在三相立体卷铁心自耦变压器中加载，三相立体卷铁心自耦变压器的输出接线端X、Y、Z连接电机的对称三相定子绕组3（相当于定测头），经加载后的信号输入到对称三相定子绕组3中，三相立体卷铁心自耦变压器的输出电压接线端Q1、Q2、Q3与电源模块16连接，为时栅控制器1内的各组成模块供电。动测头4感应到驱动转子旋转的电机驱动信号和反应转子位置的时栅感应信号，动测头4与滤波电路62连接，滤波电路62的输入端为动测头4的信号测量端，滤波电路62的输出端与无线信号发射电路63连接，无线信号接收电路64与放大及滤波模块12连接，放大及滤波模块12与整形模块13连接，滤波电路提取时栅感应信号并经高频振荡信号调制后通过无线信号发射电路发射出去，无线信号接收电路接收该信号，解调后得到时栅感应信号，经放大及滤波模块放大、滤波后，送入整形模块13内整形得到方波形式的时栅感应信号；时栅激励信号产生模块11与整形模块13连接，将产生的对称的三相时栅激励信号中的第一相时栅激励信号通过整形模块13转换为用于比相的方波形式的时栅激励信号；整形模块13与比相模块14连接，比相模块14与角位移处理模块15连接，转换后的两路方波形式的信号被送入比相电路进行处理，其相位差由插补的时钟脉冲表示，经角位移处理模块处理后得到转子位置，角位移处理模块15与显示模块5连接，对转子位置进行显示。

参见图2，采用上述交流伺服电机转子位置检测系统进行转子位置检测的方法，包括如下步骤：

（1）加载时栅激励信号：将时栅激励信号产生模块11产生的频率为ω₂=1.5KHz，相位相差120°的三相时栅激励信号（即S₁、S₂、S₃）输入三相立体卷铁心自耦变压器的三个第三绕组W₃中，将交流电提供的频率为ω₁=50Hz、相位相差120°的对称的三相电机驱动信号输入三相立体卷铁心自耦变压器的三个主绕组W₁+W₂中，并进行加载，经加载后的信号输入到对称三相定子绕组3中，使三相电机驱动信号产生的高压低频旋转磁场与三相时栅激励信号产生的低压高频旋转磁场同时存在该电机的气隙中。

（2）提取反应转子位置的时栅感应信号并输出：通过电磁感应，动测头4感应到两个相加的感应电势为：ε＝ε₁+ε₂＝ε_max1cos(ω₁t-φ)+ε_max2cos(ω₂t-φ)，其中ω₁=50Hz为电机驱动频率，ω₂=1.5KHz为时栅激励频率，φ为电机转角大小，ε₁是与实现电机转动能量转换的电机驱动信号对应的感应电势，ε₂是与反应转子空间位置的时栅感应信号对应的感应电势，由于ω₁远远小于ω₂，两个信号频率相差明显，利用滤波电路62将电机驱动信号滤掉，将时栅感应信号提取出来，经高频振荡信号调制后通过无线信号发射电路63发射出去，在电机外的无线信号接收电路64接收该信号，解调后得到与时栅感应信号对应的感应电势ε₂＝ε_max2cos(ω₂t-φ)。

（3）计算转子位置并显示：时栅感应信号ε₂＝ε_max2cos(ω₂t-φ)，经放大及滤波模块12放大、滤波后，送入整形模块13内整形得到方波形式的时栅感应信号，同时从时栅激励信号产生模块11取出的第一相时栅激励信号S₁＝Acosω₂t通过整形模块13转换为用于比相的方波形式的时栅激励信号，两路方波形式的信号被送入比相电路14进行处理，其相位差φ由插补的时钟脉冲表示，经角位移处理模块15处理后得到转子位置，并通过显示模块5对转子位置进行显示。

实施例2：交流伺服电机为面装式永磁同步电机，其转子位置检测系统与检测方法与实施例1中的大部分相同。不同之处在于：其不需要在转子圆周上开嵌线槽，而是在转子的磁极之间的间隙内嵌入与实施例1中相同的一相感应线圈，作为感应转子位置信号的动测头4。

实施例3：如图1至图7所示，交流伺服电机为鼠笼型感应电机，其转子位置检测系统与检测方法与实施例1中的大部分相同。

不同之处在于：

1）在转子位置检测系统中，其位置信号提取及输出模块6由滤波电路62和非接触式电磁耦合变压器65构成，非接触式电磁耦合变压器65包括由原边构成的输入部分和由副边构成的输出部分，滤波电路62和输入部分固定在转子转轴上，输出部分固定在电机端盖上，滤波电路62的输入端为动测头4的信号测量端，滤波电路62的输出端与输入部分的原边线圈的引线端连接，输出部分的副边线圈的引线端伸出电机外与放大及滤波模块12连接，放大及滤波模块12与整形模块13连接，滤波电路62提取时栅感应信号，输入原边线圈中，当原边随转子转动时，原边磁芯中产生一个交变磁场，这个磁场通过气隙传到副边磁芯，副边线圈感应到时栅感应信号，通过其引线将时栅感应信号引出，并经放大及滤波模块12放大、滤波后，送入整形模块13内整形得到方波形式的时栅感应信号。

2）在转子位置检测方法中，其时栅感应信号输出的方式为：利用非接触式电磁耦合变压器65的输入部分与输出部分的耦合，通过输出部分的副边线圈将时栅感应信号引出。滤波电路62将电机驱动信号滤掉，将该时栅感应信号（其感应电势ε₂＝ε_max2cos(ω₂t-φ)）提取出来后，输入非接触式电磁耦合变压器65的输入部分的原边线圈中，在非接触式电磁耦合变压器65的输出部分的副边线圈中感应得到感应电势为ε₃＝ε_max3cos(ω₂t-φ)的时栅感应信号，该时栅感应信号被送入放大及滤波模块12内，进行与实施例1中相同的后续处理。

实施例4：交流伺服电机为面装式永磁同步电机，其转子位置检测系统与检测方法与实施例3中的大部分相同。不同之处在于：其不需要在转子圆周上开嵌线槽，而是在转子的磁极之间的间隙内嵌入与实施例1中相同的一相感应线圈，作为感应转子位置信号的动测头4。

实施例5：如图1至图5、图10所示，交流伺服电机为异步绕线式交流电机时，其转子位置检测系统与检测方法与实施例1中的大部分相同。

不同之处在于：动测头4直接为星形连接的转子绕组中的第一相线圈（见图10中的第一相线圈XN），如果转子绕组为三角形连接，则将其出线端分开成6个接头，取三个不同线圈的一端分别为X、Y、Z，另外三个接头短接到一起作为公共端N引出，将三角形连接转换成了星型连接，将X、Y、Z任意一端与N端构成一相线圈，以第一相线圈XN作为动测头，其两端为时栅位置信号的测量端。位置信号提取及输出模块6由与第一相线圈XN通过集电环连接的电刷61、位于该电机外与电刷61通过引线连接的滤波电路62构成，动测头4感应到的电机驱动信号和时栅感应信号直接从电刷61上引出，滤波电路62在电机外滤掉电机驱动信号，提取时栅感应信号，并通过导线直接将时栅感应信号送入放大及滤波模块12。

参见图11，将上述五个实施例中的检测系统和检测方法用在伺服控制系统中时，伺服控制器对上述检测系统进行控制，利用上述检测方法得到的转子位置以及计算得到的速度信号输出给伺服控制器，供伺服控制器进行参数运算，并进行相应控制。

Claims (8)

1.一种交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：包括时栅控制器(1)、信号加载模块(2)、设在转子上的动测头(4)、位置信号提取及输出模块(6)；所述时栅控制器(1)与信号加载模块(2)连接，信号加载模块(2)与电机的对称三相定子绕组(3)连接，时栅控制器输出的对称的三相时栅激励信号与交流电提供的对称的三相电机驱动信号经信号加载模块加载后输入到对称三相定子绕组中；所述动测头(4)与位置信号提取及输出模块(6)连接，位置信号提取及输出模块与时栅控制器(1)连接，动测头感应到电机驱动信号和反应转子位置的时栅感应信号，位置信号提取及输出模块将该时栅感应信号提取出来并发送给时栅控制器，时栅控制器对时栅激励信号和该时栅感应信号进行处理，得到转子位置信息；

所述信号加载模块(2)采用三相立体卷铁心自耦变压器，其每相具有串联绕组W₁、公共绕组W₂以及第三绕组W₃，串联绕组W₁与公共绕组W₂共同构成主绕组W₁+W₂，输入一相电机驱动信号，第三绕组W₃与主绕组W₁+W₂耦合，输入经滤波、放大后的一相时栅激励信号，公共绕组W₂输出一相加载有时栅激励信号的电机驱动信号，取公共绕组W₂的部分形成第四绕组W₄，该第四绕组W₄输出电压信号，经整流后给时栅控制器(1)供电。

2.根据权利要求1所述的交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：所述时栅控制器(1)包括时栅激励信号产生模块(11)、放大及滤波模块(12)、整形模块(13)、比相模块(14)、角位移处理模块(15)和电源模块(16)；所述电源模块(16)与信号加载模块(2)连接，从信号加载模块中获取工作电源，给时栅控制器内的各模块供电；所述时栅激励信号产生模块(11)与信号加载模块(2)连接，将产生的对称的三相时栅激励信号送入信号加载模块，时栅激励信号产生模块与整形模块(13)连接，将其中一相时栅激励信号转换为用于比相的方波信号；所述放大及滤波模块(12)的输入端与位置信号提取及输出模块(6)连接，输出端与整形模块(13)连接，将动测头上输出的与该相时栅激励信号对应的时栅感应信号进行放大、滤波处理后，通过整形模块转换为方波信号；所述整形模块(13)与比相模块(14)连接，转换后的两路方波信号被送入比相电路进行处理，其相位差由插补的时钟脉冲表示，经角位移处理模块处理后得到转子位置。

3.根据权利要求1所述的交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：所述时栅控制器(1)连接有用于显示转子位置信息的显示模块(5)。

4.根据权利要求1至3任一所述的交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：在检测异步绕线式交流电机的转子位置时，所述动测头(4)为星形连接的转子绕组中的一相线圈或者为三角形连接的转子绕组转换成星形连接后的一相线圈，所述位置信号提取及输出模块(6)由与该相线圈通过集电环连接的电刷(61)、位于该电机外与电刷通过引线连接的滤波电路(62)构成，动测头感应到的电机驱动信号和时栅感应信号从电刷上引出，滤波电路提取时栅感应信号后通过导线输入时栅控制器。

5.根据权利要求1至3任一所述的交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：在检测鼠笼型感应电机时，转子圆周上等间距的开设有数量为定子磁对极数两倍的嵌线槽，在嵌线槽内以与对称三相定子绕组相同的绕线方式嵌入有一相感应线圈，构成动测头(4)，该相感应线圈的引线端为动测头的信号测量端；在检测面装式永磁同步电机的转子位置时，在转子的磁极之间的间隙内以与对称三相定子绕组相同的绕线方式嵌入有一相感应线圈，构成动测头(4)，该相感应线圈的引线端为动测头的信号测量端。

6.根据权利要求5所述的交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：所述位置信号提取及输出模块(6)由固定在转子转轴上的滤波电路(62)、无线信号发射电路(63)以及位于该电机外的无线信号接收电路(64)构成，滤波电路的输入端为动测头的信号测量端，输出端与无线信号发射电路连接，无线信号接收电路与时栅控制器连接，将滤波电路提取的时栅感应信号通过无线信号发射电路发射出去，无线信号接收电路接收该信号并输入时栅控制器。

7.根据权利要求5所述的交流伺服电机转子位置检测系统，其特征在于：所述位置信号提取及输出模块(6)由滤波电路(62)和非接触式电磁耦合变压器(65)构成，非接触式电磁耦合变压器包括由原边构成的输入部分和由副边构成的输出部分；所述滤波电路和输入部分固定在转子转轴上，输出部分固定在电机端盖上，滤波电路的输入端为动测头(4)的信号测量端，输出端与输入部分的原边线圈的引线端连接，输出部分的副边线圈的引线端伸出电机外与时栅控制器连接，滤波电路提取时栅感应信号，利用非接触式电磁耦合变压器的输入部分与输出部分的耦合，将时栅感应信号引出并输入时栅控制器。

8.采用如权利要求1至7任一所述的交流伺服电机转子位置检测系统进行转子位置检测的方法，包括：

步骤一、加载时栅激励信号：将时栅控制器(1)产生的对称的三相时栅激励信号与交流电源提供的对称的三相电机驱动信号输入到信号加载模块(2)中进行加载，经加载后的信号输入到对称三相定子绕组(3)中，使所述三相电机驱动信号产生的高压低频旋转磁场与所述三相时栅激励信号产生的低压高频旋转磁场同时存在该电机的气隙中；

步骤二、提取反应转子位置的时栅感应信号并输出：动测头(4)感应到反应转子位置的时栅感应信号和驱动转子旋转的电机驱动信号，位置信号提取及输出模块(6)将该时栅感应信号提取出来并发送给时栅控制器；

步骤三、计算转子位置：时栅控制器对时栅激励信号和所述时栅感应信号进行整形、比相、时钟插补处理，并转换得到转子位置。