CN103532450A - 用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于位置伺服控制技术领域，具体涉及一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置及方法。该方法利用位置伺服系统中的位移传感器对无刷电机的转子位置传感器进行冗余，微控制电路将转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的对应关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制。本发明在不增加额外传感器的同时，当位置传感器发生故障时，仍可以降功能使用，提高了无刷电机运转的可靠性。

Description

用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置及方法
技术领域
本发明属于位置伺服控制技术领域，具体涉及一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置及方法。
背景技术
随着磁性材料、电力电子器件和数字处理器技术的发展，高性能电机与现代控制技术相结合，使机电伺服技术迅速崛起。永磁无刷电机以其高精度、运行平稳等特点广泛应用在伺服系统中。
无刷电机通过获得电机转子的实际位置来进行电子换向以代替原来的机械换向，大大提高了工作可靠性，并使电机工作在更高的转速上。其中永磁同步电机的换向需知道每一时刻的电机转子位置，通常采用编码器或旋转变压器等；直流无刷电需获得60度的换向信号，一般采用霍尔传感器。
由于这些位置传感器均为单点失效模式，对一些可靠性要求非常高的场合，仍需进一步提高其检测位置的可靠性和有效冗余。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置及方法，利用位置伺服系统中的位移传感器对无刷电机的转子位置传感器进行冗余，提高了无刷电机运转的可靠性。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置，该装置包括：
相电流检测电路，用于检测无刷电机的相电流，将无刷电机的两相电流信号变换为电压信号并传输给信号调理电路；
位移传感器，用于采集传动机构的位移信号，并将其传输给信号调理电路；
信号调理电路，用于将接收到的各个模拟信号进行滤波和幅值变换，并传输给模/数转换电路；
模/数转换电路，用于将接收的模拟信号变换为数字信号并传输给微控制电路；
安装在无刷电机轴上的转子位置传感器，用于采集无刷电机的转子位置信号并将其传输给转子位置调理电路；
转子位置调理电路，用于将接收到的模拟信号转换成与微控制电路相匹配的数字信号；
微控制电路，用于接收上位机或外部指令信号，与相电流信号和转子位置信号一起进行位置伺服系统的闭环控制，并依其控制量的输出调制产生脉宽调制波形，并按照无刷电机转子实际位置确定各脉宽波形的相序逻辑，输出给功率主电路；还用于将无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号的关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制；
功率主电路，用于接收微控制电路发送的脉宽调制信号，经过隔离和信号放大后控制功率主电路各功率器件按照设定的逻辑开关时序和时间进行开关，将直流侧电压逆变成三相电压信号，控制无刷电机运转；
控制电源，用于为微控制电路、信号调理电路、功率主电路供电；
动力电源，用于为功率主电路供电；
电源电路，用于将控制电源的输入变换为微控制电路、信号调理电路、功率主电路的模拟和数字供电。
一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测方法，工作时，相电流检测电路将无刷电机的两相电流信号变换为电压信号，然后经信号调理电路进行滤波和幅值变换后送入模/数转换电路，同时位移传感器采集传动机构的位移信号，并经过信号调理电路进行滤波和幅值变换后送入模/数转换电路；模/数转换电路将接收到的相电流信号和位移信号变换为数字信号传输给微控制电路；与此同时，安装在无刷电机轴上的转子位置传感器采集无刷电机的转子位置信号，并将其送入转子位置调理电路转换成与微控制电路相匹配的数字信号传输给微控制电路；微控制电路接收上位机或外部指令信号，与相电流信号和转子位置信号一起进行位置伺服系统的闭环控制，并依其控制量的输出调制产生脉宽调制波形，并按照无刷电机转子实际位置确定各脉宽波形的相序逻辑，输出给功率主电路；微控制电路同时将无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号的关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制；功率主电路接收微控制电路发送的脉宽调制信号，经过隔离和信号放大后控制功率主电路各功率器件按照设定的逻辑开关时序和时间进行开关，将直流侧电压逆变成三相电压信号，控制无刷电机运转。
本发明所取得的有益效果为：
本发明所述用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置及方法，利用位置伺服系统中的位移传感器对无刷电机的转子位置传感器进行冗余，通过一定的控制算法拟合出电机转子位置，在不增加额外传感器的同时，当位置传感器发生故障时，仍可以降功能使用，提高了无刷电机运转的可靠性；
本发明适用于无刷电机位置伺服系统，包括永磁同步电机和直流无刷电机以及其它需要电机转子位置的伺服电机。
附图说明
图1为本发明所述用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置结构图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明所述用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置包括：
相电流检测电路，用于检测无刷电机的相电流，将无刷电机的两相电流信号变换为电压信号并传输给信号调理电路；
位移传感器，用于采集传动机构的位移信号，并将其传输给信号调理电路；
信号调理电路，用于将接收到的各个模拟信号进行滤波和幅值变换，并传输给模/数转换电路；
模/数转换电路，用于将接收的模拟信号变换为数字信号并传输给微控制电路；
安装在无刷电机轴上的转子位置传感器，用于采集无刷电机的转子位置信号并将其传输给转子位置调理电路；
转子位置调理电路，用于将接收到的模拟信号转换成与微控制电路相匹配的数字信号；
微控制电路，用于接收上位机或外部指令信号，与相电流信号和转子位置信号一起进行位置伺服系统的闭环控制，并依其控制量的输出调制产生脉宽调制波形，并按照无刷电机转子实际位置确定各脉宽波形的相序逻辑，输出给功率主电路；还用于将无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号的关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制；
功率主电路，用于接收微控制电路发送的脉宽调制信号，经过隔离和信号放大后控制功率主电路各功率器件按照设定的逻辑开关时序和时间进行开关，将直流侧电压逆变成三相电压信号，控制无刷电机运转；
控制电源，用于为微控制电路、信号调理电路、功率主电路供电；
动力电源，用于为功率主电路供电；
电源电路，用于将控制电源的输入变换为微控制电路、信号调理电路、功率主电路的模拟和数字供电。
工作时，相电流检测电路将无刷电机的两相电流信号变换为电压信号，然后经信号调理电路进行滤波和幅值变换后送入模/数转换电路，同时位移传感器采集传动机构的位移信号，并经过信号调理电路进行滤波和幅值变换后送入模/数转换电路；模/数转换电路将接收到的相电流信号和位移信号变换为数字信号传输给微控制电路；与此同时，安装在无刷电机轴上的转子位置传感器采集无刷电机的转子位置信号，并将其送入转子位置调理电路转换成与微控制电路相匹配的数字信号传输给微控制电路；微控制电路接收上位机或外部指令信号，与相电流信号和转子位置信号一起进行位置伺服系统的闭环控制，并依其控制量的输出调制产生脉宽调制波形，并按照无刷电机转子实际位置确定各脉宽波形的相序逻辑，输出给功率主电路；微控制电路同时将无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号的关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制；功率主电路接收微控制电路发送的脉宽调制信号，经过隔离和信号放大后控制功率主电路各功率器件按照设定的逻辑开关时序和时间进行开关，将直流侧电压逆变成三相电压信号，控制无刷电机运转。

Claims (2)

1.一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测装置，其特征在于：该装置包括：
相电流检测电路，用于检测无刷电机的相电流，将无刷电机的两相电流信号变换为电压信号并传输给信号调理电路；
位移传感器，用于采集传动机构的位移信号，并将其传输给信号调理电路；
信号调理电路，用于将接收到的各个模拟信号进行滤波和幅值变换，并传输给模/数转换电路；
模/数转换电路，用于将接收的模拟信号变换为数字信号并传输给微控制电路；
安装在无刷电机轴上的转子位置传感器，用于采集无刷电机的转子位置信号并将其传输给转子位置调理电路；
转子位置调理电路，用于将接收到的模拟信号转换成与微控制电路相匹配的数字信号；
微控制电路，用于接收上位机或外部指令信号，与相电流信号和转子位置信号一起进行位置伺服系统的闭环控制，并依其控制量的输出调制产生脉宽调制波形，并按照无刷电机转子实际位置确定各脉宽波形的相序逻辑，输出给功率主电路；还用于将无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号的关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制；
功率主电路，用于接收微控制电路发送的脉宽调制信号，经过隔离和信号放大后控制功率主电路各功率器件按照设定的逻辑开关时序和时间进行开关，将直流侧电压逆变成三相电压信号，控制无刷电机运转；
控制电源，用于为微控制电路、信号调理电路、功率主电路供电；
动力电源，用于为功率主电路供电；
电源电路，用于将控制电源的输入变换为微控制电路、信号调理电路、功率主电路的模拟和数字供电。
2.一种用于位置伺服系统的无刷电机转子位置检测方法，其特征在于：工作时，相电流检测电路将无刷电机的两相电流信号变换为电压信号，然后经信号调理电路进行滤波和幅值变换后送入模/数转换电路，同时位移传感器采集传动机构的位移信号，并经过信号调理电路进行滤波和幅值变换后送入模/数转换电路；模/数转换电路将接收到的相电流信号和位移信号变换为数字信号传输给微控制电路；与此同时，安装在无刷电机轴上的转子位置传感器采集无刷电机的转子位置信号，并将其送入转子位置调理电路转换成与微控制电路相匹配的数字信号传输给微控制电路；微控制电路接收上位机或外部指令信号，与相电流信号和转子位置信号一起进行位置伺服系统的闭环控制，并依其控制量的输出调制产生脉宽调制波形，并按照无刷电机转子实际位置确定各脉宽波形的相序逻辑，输出给功率主电路；微控制电路同时将无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号数据进行一一对比，并建立对应关系，工作时不断采集无刷电机的转子位置信号和传动机构的位移信号，并判断转子位置传感器是否发生故障，如果发生故障，则通过建立的无刷电机的转子位置信号与传动机构的位移信号的关系，通过传动机构的位移信号拟合出无刷电机的转子位置信号，并与上位机或外部指令信号、相电流信号一起进行位置伺服系统的闭环控制；功率主电路接收微控制电路发送的脉宽调制信号，经过隔离和信号放大后控制功率主电路各功率器件按照设定的逻辑开关时序和时间进行开关，将直流侧电压逆变成三相电压信号，控制无刷电机运转。
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