CN105141212A - 一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法及系统，包括：获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc，将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理并输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3，将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V，获取所述倍频数字脉冲信号V的频率F，并计算出电机的转速n。采用上述方法及系统经过零比较、倍频处理之后，可以准确的获得永磁同步电机的位置信号，控制电路通过获取的位置信号可以精确的控制永磁同步电机，保证了电动汽车和人的安全。

Description

一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法及系统

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法及系统。

背景技术

永磁同步电机是电动汽车常用的电机之一，在电动汽车运转过程中准确检测永磁同步电机的位置信号可以保证电动汽车的正常运行。在永磁同步电机控制系统中，旋转变压器及其信号调理电路共同构成电机的位置信号检测系统，该位置信号可理解为电机转子的旋转速度。利用旋转速度从而有效的获得了电机的转子位置信息，该检测系统通过实时检测永磁同步电机位置信号并反馈给控制系统参与闭环控制，能够成功的进行矢量控制，从而有效地使电动汽车进入安全模式或停车模式。以保证永磁同步电机平稳可靠运行。由于电动汽车长时间工作在高速振动工况下，目前的检测装置旋转变压器加解码部分存在一定的故障率，一旦出现故障将对电机控制系统造成巨大影响。尤其是电动汽车在高速运行过程中，出现位置信号检测系统故障，会引起车辆或人员的安全隐患。

为了保障车辆运行过程中的安全性，汽车在行驶时，一旦位置信号检测系统出现故障，电控系统需要立即利用冗余的位置信号检测系统获取永磁同步电机位置信息，继续实现对永磁同步电机的有效控制，从而使车辆平稳地过渡到安全模式或停车模式。

目前冗余的永磁同步电机位置检测方法是从控制算法角度出发，通过软件建模等方法实现。在不使用旋转变压器等位置传感器情况下，利用输送给永磁同步电机的电压或电流信号，将其作为控制模型的输入量，建立一套基于模型的参数估计算法。模型的精度及估算方法都会影响到位置检测的准确性，都制约或影响了控制系统的性能，无法有效的保护车辆或人员的安全。

发明内容

本发明实施例中提供了一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法及系统，以解决现有技术中的冗余的永磁同步电机位置检测方法无法准确的检测到电机位置信号的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法，所述方法包括：

获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；

将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理并输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3；

将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V；

获取所述倍频数字脉冲信号V的频率F，并计算出电机的转速n。

优选地，所述获取电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc，包括：

获取永磁同步电机的三相驱动电流Ia、Ib和Ic；

将所述三相驱动电流Ia、Ib和Ic通过电流传感器；

获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc。

优选地，所述将正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理，并输出过零数字脉冲信号V1、V2、V3，包括：

预设一个零电位信号V0；

将三相正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc作为三个比较器的输入信号；

将所述输入信号与所述零电位信号V0进行比较；

如果所述输入信号高于所述零电位信号V0，输出一个高电平信号；

如果所述输入信号低于所述零电位信号V0，输出一个低电平信号；

获得并输出处理后的过零数字脉冲信号V1、V2和V3。

优选地，所述将过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，包括：

将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3两两相与；

获得比较数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3。

优选地，所述获取倍频数字脉冲信号V的频率F，计算出电机的转速n，包括：

获取电机的极对数p；

根据旋转电机的旋转计算公式n＝60f/p，以及所述电机极对数p、倍频数字脉冲信号V的频率F计算得出电机转速n＝20F/p。

一种永磁同步电机位置信号冗余检测系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；

过零处理模块，用于根据所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3；

倍频处理模块，用于将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V；

数据处理模块，用于根据所述倍频数字脉冲电压信号V的频率F，计算出电机的转速n。

优选地，所述获取模块包括电流获取单元和电流传感单元，其中

所述电流获取单元，用于获取永磁同步电机的三相驱动电流Ia、Ib和Ic；

所述电流传感单元，用于根据所述三相驱动电流Ia、Ib和Ic获取正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc。

优选地，所述过零处理模块包括比较单元，其中，

所述比较单元，用于将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc分别与所述零电位信号V0进行比较获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3。

优选地，所述倍频处理模块包括与门电路单元和或门电路单元，其中，

所述与门电路单元，用于将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3两两相与，获得与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3；

所述或门电路单元，用于将所述与处理数字脉冲信号V1-1、V2-1和V3-1处理后，输出倍频数字脉冲信号V。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的永磁同步电机位置信号冗余检测方法及系统，包括：获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc，将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理并输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3，将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V，获取所述倍频数字脉冲信号V的频率F，并计算出电机的转速n。经过零比较、倍频处理之后，获得的倍频数字脉冲信号V相比原始正弦模拟电压信Va、Vb、Vc，周期是后者的1/3，因此其频率是后者3倍，采用上述方法可以准确的获得永磁同步电机的位置信号，控制电路通过获取的位置信号可以精确的控制永磁同步电机，保证了电动汽车和人的安全。

附图说明

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的获取数字脉冲信号的方法流程示意图；

图3为三相正弦模拟信号过零处理后输出数字脉冲信号示意图；

图4为扇区逻辑状态示意图；

图5为本发明实施例提供的一种永磁同步电机位置信号冗余检测系统结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种获取倍频数字脉冲信号的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参见图1，为本发明实施例提供的一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法流程示意图，所述方法包括：

S100：获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；

首先用霍尔电流传感器获取永磁同步电机的三相驱动电流Ia、Ib和Ic，经过所述霍尔电流传感器，从所述霍尔电流传感器副边输出三相驱动电流信号转换成三相驱动电压信号Va、Vb和Vc，所述三相驱动电压信号为正弦模拟电压信号。

S200：将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理并输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3；

如图2所示，首先预设一个零电位信号V0，然后将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc作为三个比较器的输入信号，分别接入到所述比较器。将输入到比较器的信号正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc分别与所述零电位信号V0进行比较，如果所述输入信号高于所述零电位信号V0，输出一个高电平信号；如果所述输入信号低于所述零电位信号V0，输出一个低电平信号，最后将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc处理完后输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3。因为三路正弦模拟电压信号的相位彼此相差120度，因此经过比较器之后输出的过流数字脉冲信号之间也相差120度。

例如预设的零电位信号V0＝0，所述正弦模拟电压信号的波形如图3中的波形1，因为正弦信号是具有固定周期的波形，因此所述波形1经过比较器之后，一个周期内会输出一个高电平信号和一个低电平信号，如图3中的数字脉冲信号2。

S300：将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V；

获得的三路过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器，首先要进行一个两两相与的处理过程，即：将过零数字脉冲信号V1和V2相与，获得与处理数字脉冲信号V1-2，将过零数字脉冲信号V2和V3相与，获得与处理数字脉冲信号V2-3，将过零数字脉冲信号V1和V3相与，获得与处理数字脉冲信号V1-3。因为过零数字脉冲信号V1、V2和V3的相位是相差120度的，因此获得三路与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3也是相差120度的，然后将所述处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3进行一个或处理并输出一路倍频数字脉冲信号V。

如图4所示，将三路过零数字脉冲信号V1、V2和V3分成6个扇区(I-VI)，每个扇区对应着一个状态，因此6个扇区就对应有6个状态，我们将高电平定义为1，低电平定义为0，因此6个扇区分别对应的是101,100,110,010,011和001。以101这个扇区为例，即过零数字脉冲信号V1、V2和V3在这个扇区内对应的状态为：V1＝1，V2＝0，V3＝1，经过两两相与获得与处理信号V1-2为一个逻辑0，V2-3为一个逻辑0，V1-3为一个逻辑1，所述与处理信号V1-2、V2-3和V1-3进行或处理，输出倍频数字脉冲信号V必然是高电平逻辑1。结合以上分析，在同一时刻。只要过零数字脉冲信号中有两路为高电平信号，经过与门之后便一定会得到一个逻辑1，与其他两路的与处理输出结果进行或运算之后得到一个逻辑1，反之，得到的一定是逻辑0。

S400：获取所述倍频数字脉冲信号V的频率F，并计算出电机的转速n。

获得的倍频数字脉冲信号V相比原始正弦模拟电压信Va、Vb、Vc，周期T是后者的1/3，因此其频率f是后者3倍，即F＝3*f(f为原始正弦模拟电压信号Va、Vb、Vc的频率)。根据旋转电机的旋转计算公式n＝60f/p，以及所述电机极对数p、倍频数字脉冲信号V的频率F计算得出电机转速n＝20F/p。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的永磁同步电机位置信号冗余检测方法包括：获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc，将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理并输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3，将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V，获取所述倍频数字脉冲信号V的频率F，并计算出电机的转速n。经过零比较、倍频处理之后，获得的倍频数字脉冲信号V相比原始正弦模拟电压信Va、Vb、Vc，周期T是后者的1/3，因此其频率是后者3倍，采用上述方法可以准确的获得永磁同步电机的位置信号，控制电路通过获取的位置信号可以精确的控制永磁同步电机，保证了电动汽车和人的安全。

与本发明提供的一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法实施例相对应，本发明还提供了一种永磁同步电机位置信号冗余检测系统。

参见图5，为本发明实施例提供的一种永磁同步电机位置信号冗余检测系统结构示意图，所述系统包括：

获取模块201，用于获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；

所述获取模块201包括电流获取单元和电流传感单元，所述电流获取单元用于获取永磁同步电机的三相驱动电流Ia、Ib和Ic；所述电流传感单元，用于根据所述三相驱动电流Ia、Ib和Ic获取正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc。

过零处理模块202，用于根据所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3；

如图6所示，过零处理模块3输入端为正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc，输出端为过零数字脉冲信号V1、V2和V3。

所述过零处理模块包括比较单元，所述比较单元用于将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc分别与所述零电位信号V0进行比较获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3。

倍频处理模块203，用于将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V；

所述倍频处理模块包括与门电路单元和或门电路单元，所述与门电路单元，用于将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3两两相与，获得与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3；所述或门电路单元，用于将所述与处理数字脉冲信号V1-1、V2-1和V3-1处理后，输出倍频数字脉冲信号V。

图6中所示，与门电路单元4和或门电路单元5，所述数字脉冲信号V1、V2和V3两两组合进入与门电路单元4，输出与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，然后所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再经过或门电路单元，输出倍频数字脉冲信号V。

数据处理模块204，用于根据所述倍频数字脉冲电压信号V的频率F，计算出电机的转速n。

由上述实施例可见，本发明实施例提供的永磁同步电机位置信号冗余检测系统包括：获取模块201、过零处理模块202、倍频处理模块203和数据处理模块204，所述获取模块201首先获取三相驱动电流Ia、Ib和Ic，根据三相驱动电流Ia、Ib和Ic获取正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；获取的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc经过过零处理模块202获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3，然后送入倍频处理模块203，过零数字脉冲信号V1、V2和V3经过与门电路单元处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，最后进入或门电路单元处理获取倍频数字脉冲信号V；获得的倍频数字脉冲信号V相比原始正弦模拟电压信Va、Vb、Vc，周期T是后者的1/3，因此其频率是f后者3倍，采用上述系统可以准确的获得永磁同步电机的位置信号，控制电路通过获取的位置信号可以精确的控制永磁同步电机。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机位置信号冗余检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；

将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理并输出过零数字脉冲信号V1、V2和V3；

将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3再进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V；

获取所述倍频数字脉冲信号V的频率F，并计算出电机的转速n。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置信号冗余检测方法，其特征在于，所述获取电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc，包括：

获取永磁同步电机的三相驱动电流Ia、Ib和Ic；

将所述三相驱动电流Ia、Ib和Ic通过电流传感器；

获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机位置信号冗余检测方法，其特征在于，所述将正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc送入比较器处理，并输出过零数字脉冲信号V1、V2、V3，包括：

预设一个零电位信号V0；

将三相正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc作为三个比较器的输入信号；

将所述输入信号与所述零电位信号V0进行比较；

如果所述输入信号高于所述零电位信号V0，输出一个高电平信号；

如果所述输入信号低于所述零电位信号V0，输出一个低电平信号；

获得并输出处理后的过零数字脉冲信号V1、V2和V3。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置信号冗余检测方法，其特征在于，所述将过零数字脉冲信号V1、V2和V3送入倍频器进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，包括：

将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3两两相与；

获得比较数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机位置信号冗余检测方法，其特征在于，所述获取倍频数字脉冲信号V的频率F，计算出电机的转速n，包括：

获取电机的极对数p；

根据旋转电机的旋转计算公式n＝60f/p，以及所述电机极对数p、倍频数字脉冲信号V的频率F计算得出电机转速n＝20F/p。

6.一种永磁同步电机位置信号冗余检测系统，其特征在于，所述系统包括：

获取模块，用于获取永磁同步电机三相驱动电路的正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc；

过零处理模块，用于根据所述正弦模拟电压信号号Va、Vb和Vc获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3；

倍频处理模块，用于将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3进行一个与处理获取与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3，再将所述与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3进行一个或处理输出一路倍频数字脉冲信号V；

数据处理模块，用于根据所述倍频数字脉冲电压信号V的频率F，计算出电机的转速n。

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机位置信号冗余检测系统，其特征在于，所述获取模块包括电流获取单元和电流传感单元，其中

所述电流获取单元，用于获取永磁同步电机的三相驱动电流Ia、Ib和Ic；

所述电流传感单元，用于根据所述三相驱动电流Ia、Ib和Ic获取正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc。

8.根据权利要求6所述的永磁同步电机位置信号冗余检测系统，其特征在于，所述过零处理模块包括比较单元，其中，

所述比较单元，用于将所述正弦模拟电压信号Va、Vb和Vc分别与所述零电位信号V0进行比较获得过零数字脉冲信号V1、V2和V3。

9.根据权利要求6所述的永磁同步电机位置信号冗余检测系统，其特征在于，所述倍频处理模块包括与门电路单元和或门电路单元，其中，

所述与门电路单元，用于将所述过零数字脉冲信号V1、V2和V3两两相与，获得与处理数字脉冲信号V1-2、V2-3和V1-3；

所述或门电路单元，用于将所述与处理数字脉冲信号V1-1、V2-1和V3-1处理后，输出倍频数字脉冲信号V。