CN105356795B - 获取电机速度反馈信号的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种获取电机速度反馈信号的系统和方法，包括：计算当前电机转子的电角度；对所述电角度和预设每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果获得电机的速度反馈信号。由于本发明提供的系统和方法，并不是直接根据霍尔传感器输出的脉冲信号获得的速度反馈信号，因此，不但解决了现有技术中由于霍尔传感器个数限制不能预设每转的脉冲个数的问题，而且，本发明获取的速度反馈信号不受霍尔传感器信号精准度的制约，准确度更高。

Description

获取电机速度反馈信号的系统和方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种获取电机速度反馈信号的系统和方法。
背景技术
随着永磁材料、电力电子技术以及先进控制技术的发展，永磁同步电机由于具有结构简单、重量轻、体积小、损耗小、效率高等优点，而被广泛应用在国防、工农业生产和日常生活等方面。
当永磁同步电机运转时，霍尔传感器会根据电机转子磁极位置输出高低电平脉冲信号，然后根据该脉冲信号获得电机的速度反馈信号，其中，在一个电角度周期内，每个霍尔传感器每经过一对磁极的转角，都会输出一个脉冲信号，因此，电机的速度反馈信号的输出与霍尔传感器个数具有对应关系。
也就是说，当霍尔传感器的个数固定时，电机的速度反馈信号的每转脉冲个数也是固定输出的，当需要的每转脉冲个数和电极速度反馈信号的每转脉冲个数不一致时，电机就不能满足实际应用的需要，换言之，也就是不能根据实际需要任意设定每转的脉冲个数，这就限制了永磁同步电机的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种获取电机速度反馈信号的系统和方法，以解决现有技术中不能根据实际需要任意设定每转脉冲个数的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种获得电机速度反馈信号的方法，包括：
计算当前电机转子的电角度；
对所述电角度和预设每转脉冲个数依次进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果，获得电机的速度反馈信号。
优选的，所述计算当前电机转子的电角度的过程具体为：
将两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差，计算出电机转子的角速度；
根据所述角速度以及估算出的电角度补偿值和上一周期电角度值，计算出所述当前电极转子的电角度。
优选的，所述对所述电角度和预设每转脉冲个数依次进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果，获得电机的速度反馈信号的过程具体为：
对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果；
对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果，所述第二运算结果为0和1交替变化的数值；
根据所述第二运算结果，获得电机的速度反馈信号。
优选的，所述对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果的过程具体为：
将所述当前电角度换算为第一数值，将所述预设每转脉冲个数对应换算为第二数值，所述第一数值和第二数值为相同进制的数值；
对所述第一数值与所述第二数值进行取整运算，获得第一运算结果。
优选的，所述对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果的过程具体为：
将所述第一运算结果转换为二进制数值，并对所述二进制数值和所述预设数值进行与运算，获得第二运算结果，其中，所述预设数值为末尾数为1的数值。
优选的，所述根据所述第二运算结果，获得电机的速度反馈信号的过程为：
将所述第二运算结果输出至电机的控制板开关电路，获得电机的速度反馈信号。
一种获取电机速度反馈信号的系统，包括：
第一单元，用于计算当前电机转子的电角度；
第二单元，用于对所述电角度和预设每转脉冲个数依次进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果，获得电机的速度反馈信号。
优选的，所述第一单元包括：
第一计算单元，用于根据两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差，计算出电机转子的角速度；
第二计算单元，用于根据所述角速度以及估算出的电角度补偿值和上一周期电角度值，计算出所述当前电极转子的电角度。
优选的，所述第二单元包括：
第三计算单元，用于对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果；
第四计算单元，用于对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果。
优选的，所述第四计算单元将所述第二运算结果输出至电机的控制板开关电路，以获得电机的速度反馈信号。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明提供的获取电机速度反馈信号的系统和方法，通过计算当前电机转子的电角度，对所述电角度和预设的每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算后，根据运算结果获取电机的速度反馈信号，由于本发明提供的系统和方法，并不是直接根据霍尔传感器输出的脉冲信号获得的速度反馈信号，因此，不但解决了现有技术中由于霍尔传感器个数限制不能预设每转的脉冲个数的问题，而且，本发明获取的速度反馈信号不受霍尔传感器信号精准度的制约，准确度更高。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的一个实施例提供的获取电机速度反馈信号的方法流程图；
图2为本发明的一个实施例提供的进行数学运算和逻辑运算的方法流程图；
图3为本发明的一个实施例提供的电机的转子旋转一周的电角度波形图；
图4为本发明的另一个实施例提供的获取电机速度反馈信号的系统结构图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明的一个实施例提供了一种获取电机速度反馈信号的方法，其流程图如图1所示，包括：
S101：计算当前电机转子的电角度；
根据公式(1)计算出当前电机转子的电角度θ，公式(1)如下所示：
θ＝θ0+θ1+ω*△T (1)，
其中，θ0为上一周期的电角度值，θ1为电角度补偿值，ω为电机转子的角速度，△T为执行一个PWM(脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation)周期的时间。
其中，电机转子的角速度ω是由两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差估算得出的。然后通过估算出的转子角速度ω、执行1个PWM周期的时间△T和估算出的电角度补偿值θ1和上一周期的电角度值θ0计算出电机转子的当前电角度，其中，上一周期的电角度θ0的估算过程与上相同。
S102：对所述电角度和预设每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果获得电机的速度反馈信号。
对所述电角度和预设每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算的具体过程，如图2所示，为：
S1021：对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果；
电机运转时的电角度，即电机转子旋转的机械角度乘以电机的磁极对数P。本实施例中，电角度的变化范围为0-360°，以下电角度的运算都默认选择此变化范围。其中，电机转子旋转一周，电角度在0-360°范围内连续变化的锯齿波形，如图3所示，其变化的周期个数取决于电机的磁极对数。
在进行取整运算之前，为了便于运算，本实施例将电角度θ对应换算成第一数值A，其中，A可以换算成任何范围，例如，将0-360°的A换算成为十进制的0-65536；然后将预设每转脉冲个数M对应换算成第二数值B，例如，根据公式(2)将预设每转脉冲个数M换算成为第二数值B，即十进制的0-32768，其中，第一数值A和第二数值B为相同进制的数值，并且，公式(2)如下所示：
(P*360*32768)/(2*M*180)(2)，
对换算后的第一数值A和第二数值B进行相除取整运算，获得第一运算结果。根据电机的旋转可知，第一运算结果会出现0、1、2、3……等数值，将第一运算结果换算成二进制数值后，二进制数值的末尾位为0和1交替变化的数值。
S1022：对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果；
将第一运算结果转换为二进制数值后，二进制数值的末尾位为0和1交替变化的数值，然后将该二进制数值与预设数值进行与运算后，获得第二运算结果，其中，预设数值为末尾数为1的任一进制的数值，例如，预设数值可以为十六进制的0x01，因此，其与二进制的第一运算结果进行与运算后，获得的第二运算结果为0和1交替变化的数值。
S1023：根据所述第二运算结果，获得电机的速度反馈信号。
获得第二运算结果后，通过控制芯片的管脚输出所述第二运算结果，使所述第二运算结果直接作用于控制板开关电路，作为电机的速度反馈信号输出，以获得电机的速度反馈信号。
为了更详细的说明本实施例获得永磁同步电机速度反馈信号的方法，现假设永磁同步电机的磁极对数为4，并以此电机的旋转举例说明获得电机速度反馈信号的方法。
预设每转脉冲个数为4，其中，磁极对数为4的永磁同步电机的转子旋转一周的电角度波形如图3所示，即为4个0-360°的锯齿波形，由于4个周期的电角度波形完全相同，因此，下面以第一个周期为例来进行说明。
为了便于运算，将0-360°的电角度θ对应换算成0-65536的第一数值A，将预设每转脉冲个数M对应换算成第二数值B，其中，B为32768；根据电机的旋转，当A在0-32767区间变化时，A和B的二进制取整运算结果为0，当A在32767-65536区间变化时，A和B的二进制取整运算结果为1，然后将取整结果0和1与十六进制数0x01进行与运算，将第二运算结果经控制芯片的管脚输出，作用于控制板开关电路，输出占空比为50％的一个脉冲波形，该脉冲波形即为电机的速度反馈信号。
本实施例提供的获取电机速度反馈信号的方法，通过计算当前电机转子的电角度，对所述电角度和预设的每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算后，根据运算结果获取电机的速度反馈信号，由于本实施例提供的系统和方法，并不是直接根据霍尔传感器输出的脉冲信号获得的速度反馈信号，因此，不但解决了现有技术中由于霍尔传感器个数限制不能预设每转的脉冲个数的问题，而且，本实施例获得的速度反馈信号不受霍尔传感器信号精准度的制约，准确度更高。
本发明的另一个实施例提供了一种获得电机速度反馈信号的系统，该系统位于控制芯片内部，通过软件程序执行，如图4所示，包括：第一单元301，用于计算当前电机转子的电角度；第二单元302，用于对所述电角度和预设每转脉冲个数依次进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果，获得电机的速度反馈信号。
其中，第一单元301包括：第一计算单元3010，用于根据两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差，计算出电机转子的角速度；第二计算单元3011，用于根据所述角速度以及估算出的电角度补偿值和上一周期电角度值，计算出所述当前电极转子的电角度。
第二单元302包括：第三计算单元3020，用于对所述当前电角度与预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果；第四计算单元3021，用于对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果。并且，该第四计算单元3021将所述第二运算结果输出至电机的控制板开关电路，以获取电机的速度反馈信号。
本实施例提供的获取电机速度反馈信号的系统的具体应用过程为：第一计算单元根据两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差，计算出电机转子的角速度ω；第二计算单元根据所述角速度ω和估算出的电角度补偿值θ1以及上一周期电角度θ0，即公式θ＝θ0+θ1+ω*△T，计算出所述电极转子的当前电角度；第三计算单元将当前电角度θ对应换算成第一数值A，将预设每转脉冲个数对应换算成第二数值B，然后将第一数值A和第二数值B进行相除取整运算，获得第一运算结果，第四计算单元将二进制的第一运算结果与预设数值进行与运算后，获得第二运算结果，其中，预设数值为末尾数为1的任一进制的数值，第二运算结果为0和1交替变化的数值，第四计算单元将第二运算结果输出至电机的控制板开关电路，以获取电机的速度反馈信号。
本实施例提供的获取电机速度反馈信号的系统，并不是直接根据霍尔传感器输出的脉冲信号获得的速度反馈信号，因此，不但解决了现有技术中由于霍尔传感器个数限制不能预设每转的脉冲个数的问题，而且，本实施例获得的速度反馈信号不受霍尔传感器信号精准度的制约，准确度更高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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 (8)

1.一种获得电机速度反馈信号的方法，其特征在于，包括：
计算当前电机转子的电角度；
对所述电角度和预设每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果获得电机的速度反馈信号；
其中，所述对所述电角度和预设每转脉冲个数进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果获得电机的速度反馈信号的过程具体为：
对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果；
对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果，所述第二运算结果为0和1交替变化的数值；
根据所述第二运算结果，获得电机的速度反馈信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算当前电机转子的电角度的过程具体为：
将两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差，计算出电机转子的角速度；
根据所述角速度以及估算出的电角度补偿值和上一周期电角度值，计算出所述当前电极转子的电角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果的过程具体为：
将所述当前电角度换算为第一数值，将所述预设每转脉冲个数对应换算为第二数值，所述第一数值和第二数值为相同进制的数值；
对所述第一数值与所述第二数值进行取整运算，获得第一运算结果。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果的过程具体为：
将所述第一运算结果转换为二进制数值，并对所述二进制数值和所述预设数值进行与运算，获得第二运算结果，其中，所述预设数值为末尾数为1的数值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二运算结果，获得电机的速度反馈信号的过程为：
将所述第二运算结果输出至电机的控制板开关电路，获得电机的速度反馈信号。
6.一种获取电机速度反馈信号的系统，其特征在于，包括：
第一单元，用于计算当前电机转子的电角度；
第二单元，用于对所述电角度和预设每转脉冲个数依次进行数学运算和逻辑运算，并根据运算结果，获得电机的速度反馈信号；
其中，所述第二单元包括：
第三计算单元，用于对所述电角度和预设每转脉冲个数进行取整运算，获得第一运算结果；
第四计算单元，用于对所述第一运算结果和预设数值进行与运算，获得第二运算结果。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一单元包括：
第一计算单元，用于根据两相霍尔信号差的电角度除以两相霍尔信号的时间差，计算出电机转子的角速度；
第二计算单元，用于根据所述角速度以及估算出的电角度补偿值和上一周期电角度值，计算出所述当前电极转子的电角度。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第四计算单元将所述第二运算结果输出至电机的控制板开关电路，以获得电机的速度反馈信号。
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