CN105553348B - 电机转子位置检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机转子位置检测方法及装置，属于驱动控制技术领域。所述方法用于电机控制主芯片，所述方法包括：接收旋转变压器的输出信号，所述输出信号由所述电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，所述输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号；根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度；根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度；根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置。本发明解决了现有技术中采用旋转变压器检测永磁同步电机转子位置的成本较高的问题，实现了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果，用于检测永磁同步电机转子位置。
Description
技术领域
本发明涉及驱动控制技术领域，特别涉及一种电机转子位置检测方法及装置。
背景技术
永磁同步电动机是一种高能量密度的环保低碳电机，永磁同步电动机主要包括电机定子、电机转子、电机控制主芯片、电子换向开关等。近年来，永磁同步电机在纯电动汽车上得到了广泛应用，为了保证永磁同步电机稳定可靠运行，需要检测永磁同步电机转子位置，为了检测永磁同步电机转子位置，通常会在永磁同步电机上安装位置传感器，通过计算位置传感器的角度来达到检测永磁同步电机转子位置的目的。该位置传感器可以为霍尔传感器或旋转变压器，由于旋转变压器的检测精度较高，所以通过旋转变压器来检测永磁同步电机转子位置的技术得到了广泛的应用。
现有技术中，常常采用旋转变压器与解码芯片一起来检测永磁同步电机转子位置，具体的，先通过解码芯片对指示旋转变压器的转子角度的输出信号进行解码运算，得到旋转变压器的转子角度，再根据旋转变压器的转子角度确定永磁同步电机转子角度，从而确定永磁同步电机转子位置。
由于解码芯片的成本较高，因此，采用旋转变压器检测永磁同步电机转子位置的成本较高。
发明内容
为了解决现有技术中采用旋转变压器检测永磁同步电机转子位置的成本较高的问题，本发明提供了一种电机转子位置检测方法及装置。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种电机转子位置检测方法，用于电机控制主芯片，所述方法包括：
接收旋转变压器的输出信号，所述输出信号由所述电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，所述输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号；
根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度；
根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度；
根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置。
可选的，所述根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度，包括：
对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，所述第一离散信号包括所述正弦模拟信号对应的正弦离散信号和所述余弦模拟信号对应的余弦离散信号；
对所述第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号，所述第二离散信号指示所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值；
根据所述第二离散信号得到所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值，所述峰值为所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，所述峰值包括所述正弦离散信号对应的第一峰值和所述余弦离散信号对应的第二峰值；
根据所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算所述旋转变压器的第一转子角度；
将所述旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为所述旋转变压器的目标转子角度，所述相位差为所述激励信号的相位与所述输出信号的相位的差值；
所述反正切函数公式为：
其中，所述θ为所述旋转变压器的第一转子角度，所述VSIN为所述正弦离散信号对应的第一峰值，所述VCOS为所述余弦离散信号对应的第二峰值。
可选的，所述对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，包括：
采用窗函数对所述旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号；
对所述处理后的输出信号进行过采样处理，得到所述第一离散信号。
可选的，在所述对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号之后，所述方法还包括：
查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定所述第一离散信号的幅值对应的角度范围；
将所述第一离散信号的幅值对应的角度范围作为所述旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
可选的，所述窗函数为平顶窗函数。
第二方面，提供了一种电机转子位置检测装置，所述装置包括电机控制主芯片，所述电机控制主芯片包括：
接收单元，用于接收旋转变压器的输出信号，所述输出信号由所述电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，所述输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号；
第一确定单元，用于根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度；
第二确定单元，用于根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度；
检测单元，用于根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置。
可选的，所述第一确定单元，包括：
采样模块，用于对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，所述第一离散信号包括所述正弦模拟信号对应的正弦离散信号和所述余弦模拟信号对应的余弦离散信号；
第一处理模块，用于对所述第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号，所述第二离散信号指示所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值；
第二处理模块，用于根据所述第二离散信号得到所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值，所述峰值为所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，所述峰值包括所述正弦离散信号对应的第一峰值和所述余弦离散信号对应的第二峰值；
第三处理模块，用于根据所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算所述旋转变压器的第一转子角度；
第四处理模块，用于将所述旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为所述旋转变压器的目标转子角度，所述相位差为所述激励信号的相位与所述输出信号的相位的差值；
所述反正切函数公式为：
其中，所述θ为所述旋转变压器的第一转子角度，所述VSIN为所述正弦离散信号对应的第一峰值，所述VCOS为所述余弦离散信号对应的第二峰值。
可选的，所述采样模块，包括：
截断子模块，用于采用窗函数对所述旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号；
处理子模块，用于对所述处理后的输出信号进行过采样处理，得到所述第一离散信号。
可选的，所述第一确定单元还包括：
确定模块，用于查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定所述第一离散信号的幅值对应的角度范围；
第五处理模块，用于将所述第一离散信号的幅值对应的角度范围作为所述旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
可选的，所述窗函数为平顶窗函数。
本发明提供了一种电机转子位置检测方法及装置，能够通过电机控制主芯片根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度，再根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置，相较于现有技术，无需采用解码芯片，达到了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电机转子位置检测方法的流程图；
图2-1是本发明实施例提供的另一种电机转子位置检测方法的流程图；
图2-2是本发明实施例提供的旋转变压器与电机控制主芯片的结构示意图；
图2-3是本发明实施例提供的旋转变压器的输出信号和电机控制主芯片输出的激励信号的波形图；
图2-4是本发明实施例提供的一种得到第一离散信号的流程图；
图2-5是本发明实施例提供的四种窗函数的测试结果示意图；
图2-6是本发明实施例提供的采用flat-top窗函数和未采用flat-top窗函数对信号进行傅里叶频谱运算的测试结果示意图；
图2-7是本发明实施例提供的第二离散信号在每个采样周期内的峰值的示意图；
图3-1是本发明实施例提供的一种电机转子位置检测装置的结构示意图；
图3-2是本发明实施例提供的一种第一确定单元的结构示意图；
图3-3是本发明实施例提供的一种采样模块的结构示意图；
图3-4是本发明实施例提供的另一种第一确定单元的结构示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种电机转子位置检测方法，用于电机控制主芯片，如图1所示，该方法可以包括：
步骤101、接收旋转变压器的输出信号，该输出信号由电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号。
步骤102、根据旋转变压器的输出信号确定旋转变压器的目标转子角度。
步骤103、根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度。
步骤104、根据电机转子角度检测电机转子位置。
综上所述，本发明实施例提供的电机转子位置检测方法，能够通过电机控制主芯片根据旋转变压器的输出信号确定旋转变压器的目标转子角度，再根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据电机转子角度检测电机转子位置，相较于现有技术，无需采用解码芯片，达到了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果。
具体的，步骤102可以包括：
对旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，该第一离散信号包括正弦模拟信号对应的正弦离散信号和余弦模拟信号对应的余弦离散信号；
对第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号，该第二离散信号指示第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值；
根据第二离散信号得到第二离散信号在每个采样周期内的峰值，该峰值为第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，该峰值包括正弦离散信号对应的第一峰值和余弦离散信号对应的第二峰值；
根据第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算旋转变压器的第一转子角度；
将旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为旋转变压器的目标转子角度，该相位差为激励信号的相位与输出信号的相位的差值；
该反正切函数公式为：
其中，θ为旋转变压器的第一转子角度，VSIN为正弦离散信号对应的第一峰值，VCOS为余弦离散信号对应的第二峰值。
其中，对旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，可以包括：
采用窗函数对旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号；
对处理后的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号。
可选的，在对旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号之后，该方法还可以包括：
查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定第一离散信号的幅值对应的角度范围；
将第一离散信号的幅值对应的角度范围作为旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
可选的，窗函数为平顶窗函数。
综上所述，本发明实施例提供的电机转子位置检测方法，能够通过电机控制主芯片根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度，再根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置，相较于现有技术，无需采用解码芯片，达到了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果。
本发明实施例提供了另一种电机转子位置检测方法，用于电机控制主芯片，如图2-1所示，该方法可以包括：
步骤201、接收旋转变压器的输出信号。
该输出信号由电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号。旋转变压器的输出信号为两相正交的模拟信号，输出信号的幅值随着转角做正余弦变化，频率和励磁频率一致，这样的信号不能直接应用，需要将其组成的包络线解调出来，这就需要软件采集旋转变压器的输出信号后解码出旋转变压器的转子角度。为了消除由励磁电源幅值和频率的变化所引起的副边输出信号幅值和频率发生变化，而造成的角度误差，本发明实施例采用正切方法，即根据正弦离散信号对应的第一峰值和余弦离散信号对应的第二峰值的比值得到旋转变压器的转子角度。
图2-2示出了旋转变压器与电机控制主芯片的结构示意图。如图2-2所示，旋转变压器的初始输入信号为S1、S2、S3、S4，其中，S1和S3为正弦模拟信号，S1为正信号，S3为负信号，S2和S4为余弦模拟信号，S2为正信号，S4为负信号，第一信号处理单元用于将S1和S3合并为一路正弦模拟信号，将S2和S4合并为一路余弦模拟信号。电机控制主芯片输出的初始激励信号为R1和R2，R1为正信号，R2为负信号，第二信号处理单元用于将R1和R2合并为一路正弦模拟信号。11为电机控制主芯片输出的转子速度，12为电机控制主芯片输出的转子角度。
图2-3示出了旋转变压器的输出信号和电机控制主芯片输出的激励信号的波形图。图2-3中的V sin(θ)指示正弦模拟信号的包络，V cos(θ)指示余弦模拟信号的包络，Vsin(ωt)指示激励信号，Vos为正弦模拟信号的电压，Voc为余弦模拟信号的电压，Vref为激励信号的电压。图2-3中的横坐标为时间，纵坐标为电压。该输出信号是经过第一信号处理单元合并处理后的信号，该激励信号是经过第二信号处理单元合并处理后的信号。由旋转变压器的特性可知，旋转变压器的次级输出的两相绕组在空间成正交的90°电角度，所以，旋转变压器的两相输出电压值如公式(1)和公式(2)所示。
VSIN＝VS1-VS3＝Tr·Vref·sinθ (1)
VCOS＝VS2-VS4＝Tr·Vref·cosθ (2)
其中，VS1为图2-2中的S1的电压值，VS2为图2-2中的S1的电压值，VS3为图2-2中的S3的电压值，VS4为图2-2中的S4的电压值，Tr为旋转变压器的定子副边输出信号的电压与主边输出信号的电压的比值，Vref为激励信号的电压值，θ为旋转变压器的第一转子角度，VSIN为旋转变压器输出的正弦信号对应的电压值，VCOS为旋转变压器输出的余弦信号对应的电压值。
步骤202、对旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号。
第一离散信号包括正弦模拟信号对应的正弦离散信号和余弦模拟信号对应的余弦离散信号。具体的，如图2-4所示，步骤202可以包括：
步骤2021、采用窗函数对旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号。
窗函数可以为平顶(flat-top)窗函数。如果直接将无限长的信号截断，对信号进行过采样处理，会使信号频谱发生畸变，导致能量泄露，得到的幅值会小于正常的幅值，同时对信号进行傅里叶频谱运算会产生栅栏效应，因此，本发明实施例选择不同的窗函数先对旋转变压器的输出信号进行截断处理，从而抑制能量泄露和栅栏效应产生的影响。
本发明实施例分别采用flat-top窗函数、矩形窗函数、汉宁窗函数和汉明窗函数进行幅值运算，图2-5示出了四种窗函数的测试结果示意图，图2-5中的曲线a为采用flat-top窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理后得到的幅值，曲线b为采用汉宁窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理后得到的幅值，曲线c为采用汉明窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理后得到的幅值，曲线d为采用矩形窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理后得到的幅值，图2-5中的横坐标为时间，纵坐标为幅值，由图2-5可知，采用flat-top窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理的误差(即处理后的幅值与1的偏离程度)最小，且不采用flat-top窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理的误差约等于-0.84106dB(分贝)，采用flat-top窗函数对幅值为1的正弦模拟信号进行截断处理的误差约等于0.00497dB，因此，可以采用flat-top窗函数对旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号。其中，误差的计算过程可以参考现有技术，本发明实施例对此不再赘述。图2-6示出了采用flat-top窗函数和未采用flat-top窗函数对信号进行傅里叶频谱运算的测试结果示意图，曲线e为原始数据，曲线f为采用flat-top窗函数对信号进行傅里叶频谱运算的结果，曲线g为未采用flat-top窗函数对信号进行傅里叶频谱运算的结果，横坐标为采样点数，纵坐标为幅值，纵坐标左侧的数据为对信号进行傅里叶频谱运算之后的幅值，纵坐标右侧的数据为对信号进行傅里叶频谱运算之前的幅值，由图2-6可知，采用flat-top窗函数对信号进行傅里叶频谱运算的效果要优于未采用flat-top窗函数对信号进行傅里叶频谱运算的效果。
步骤2022、对处理后的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号。
由于采用的是过采样处理方法，所以采样频率fs至少为输出信号频谱中最高频率fm的2倍，即fs≥2*fm，本发明实施例设置采样频率fs为输出信号频谱中最高频率fm的8倍，即fs＝8*fm。对截断处理后的正弦模拟信号和余弦模拟信号进行过采样处理，得到第一离散信号，如截断处理后的余弦模拟信号的表达式为：
其中，A为余弦模拟信号的振幅，Ω为余弦模拟信号的模拟角频率，Ω的单位为rad/s(弧度每秒)，为余弦模拟信号的初始相位，f为余弦模拟信号的模拟频率，f的单位为Hz(赫兹)，Ω＝2πf。
在满足奈奎斯特采样定理条件下对截断处理后的余弦模拟信号x(t)进行过采样处理，得到余弦离散信号x(n)：
其中，A为余弦模拟信号的振幅，Ω为余弦模拟信号的模拟角频率，fs为采样频率，f为余弦模拟信号的模拟频率，Ts为采样间隔，Ts＝1/fs，为余弦模拟信号的初始相位，w为余弦模拟信号的数字角频率，w的单位为rad(弧度)，w＝2πf/fs。
步骤203、查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定第一离散信号的幅值对应的角度范围。
步骤202对处理后的输出信号进行过采样处理，得到3组N点的离散数据，分别为激励信号对应的离散数据、正弦模拟信号对应的离散数据和余弦模拟信号对应的离散数据，通过判断3组离散数据的幅值，能够区分出旋转变压器的第一转子角度对应的角度范围。表1示出了正弦信号模拟对应的离散数据(即正弦离散信号数据)的幅值、余弦模拟信号对应的离散数据(即余弦离散信号数据)的幅值及角度范围的对应关系。表1示出了8种不同状态对应的不同角度区间，表1中，VA＝sinθ(0°＜θ＜45°)，VB＝cosθ(0°＜θ＜45°)，θ为旋转变压器的第一转子角度，正负号表示信号的极性，如当第一离散信号的幅值为第一种状态时，即正弦信号模拟对应的离散数据的幅值为-VA，余弦信号模拟对应的离散数据的幅值为+VA，那么对应的角度范围为0°≤θ≤45°。
表1
| sinθ | cosθ | 角度范围 |
| -VA | +VA | 0°≤θ≤45° |
| -VB | +VA | 45°≤θ≤90° |
| -VB | -VA | 90°≤θ≤135° |
| -VA | -VB | 135°≤θ≤180° |
| +VA | -VB | 180°≤θ≤225° |
| +VB | -VA | 225°≤θ≤270° |
| +VB | +VA | 270°≤θ≤315° |
| +VA | +VB | 315°≤θ≤360° |
步骤204、将第一离散信号的幅值对应的角度范围作为旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
通过查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定第一离散信号的幅值对应的角度范围，可以将第一离散信号的幅值对应的角度范围作为旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围，初步判断当前旋转变压器的角度的角度范围，该角度范围可以用于检测后续计算得到的旋转变压器的目标转子角度是否正确。
步骤205、对第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号。
第二离散信号指示第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值。由于傅里叶级数公式为：
其中，f(t)为正余弦信号的形状曲线，ak和bk为该形状曲线在每个频率上的振幅，ω＝2π/T，ω为基频，T为周期函数的周期，k为基频系数，k与ω的乘积用于指定正余弦信号的频率。
在封闭的形状曲线上，该形状曲线可以看成一个周期函数，周期函数指的是沿着边缘绕一圈能够回到原点的函数，绕一圈所使用的时间为T。对于形状曲线，可以得到该形状曲线的采样点，假设点样点的个数为N，则可以得到采样周期τ＝T/N，也就是第一个采样点在时间t＝T/N上，第n个采样点在时间t＝nT/N上，所以可以得到ωt＝2πn/N，因此，公式(5)在离散点集上可以表示为：
由公式(6)可知，傅里叶变换的两个基本函数为正弦函数和余弦函数，并且这两个函数的频率由k来决定。假设这两个函数的频率为2，那么在0到N长度中存在两个完整的正余弦周期，对于初始形状曲线来说，N个点表示初始形状曲线的一个周期。N个采样点的一条形状曲线的频率k的最大值kmax＝N/2，因此，最多只需要考虑N/2个分量。故公式(6)可以表示为：
公式(7)还可以转换由实数与复数序列和合成等式：
公式(8)和公式(7)的区别在于：公式(8)对k等于0和k等于N/2的情况都进行了特别处理，而公式(7)仅对k等于0的情况进行了特别处理，所以，公式(7)增加了a0/2这一项。关于公式(5)至公式(8)可以参考现有技术进行说明。
步骤206、根据第二离散信号得到第二离散信号在每个采样周期内的峰值。
峰值为第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，峰值包括正弦离散信号对应的第一峰值和余弦离散信号对应的第二峰值。
由公式(7)可以得到每个采样采的值f[n]，采样点的个数N。根据傅里叶变换原理可以得到N个采样点的幅值，进而得到第二离散信号在每个采样周期内的峰值，如图2-7所示，图2-7中的V sin(θ)指示正弦模拟信号的包络，V cos(θ)指示余弦模拟信号的包络，Vos为正弦模拟信号的电压，Voc为余弦模拟信号的电压，横坐标为时间，纵坐标为电压。
步骤207、根据第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算旋转变压器的第一转子角度。
该反正切函数公式为：
其中，θ为旋转变压器的第一转子角度，VSIN为正弦离散信号对应的第一峰值即公式(1)中的旋转变压器输出的正弦信号对应的电压值，VCOS为余弦离散信号对应的第二峰值即公式(2)中的旋转变压器输出的余弦信号对应的电压值。
步骤208、将旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为旋转变压器的目标转子角度。
该相位差为激励信号的相位与输出信号的相位的差值。由公式(9)可以得到当前旋转变压器的角度值即旋转变压器的第一转子角度，但由于激励信号与输出信号存在固定的相位差Δθ，所以，最终的旋转变压器的角度值θ′即旋转变压器的目标转子角度θ′＝θ+Δθ。
步骤209、根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度。
确定了旋转变压器的目标转子角度，就可以确定电机转子角度，关于根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度的具体过程可以参考现有技术。
步骤210、根据电机转子角度检测电机转子位置。
由步骤209确定的电机转子角度即可达到检测电机转子位置的目的。
本发明实施例对旋转变压器的输出信号进行过采样处理后得到第一离散信号，再对第一离散信号进行傅里叶频谱运算，并结合滤波器得到正弦模拟信号和余弦模拟信号包络线上的轨迹，得出10KHz(千赫兹)的调制波峰值，接着利用反正切函数公式进行计算，得到旋转变压器的第一转子角度，然后根据第一转子角度、激励信号的相位与输出信号的相位差得到旋转变压器的目标转子角度，再根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据电机转子角度检测电机转子位置。该电机转子位置检测方法可以对过采样频率等参数进行灵活设置，可以方便地改变算法参数，无需采用解码芯片，将开发出的编码算法应用于原有的电机控制主芯片中，通过电机控制主芯片达到检测所述电机转子位置的效果。
需要说明的是，本发明实施例提供的电机转子位置检测方法步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此不再赘述。
综上所述，本发明实施例提供的电机转子位置检测方法，能够通过电机控制主芯片根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度，再根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置，相较于现有技术，无需采用解码芯片，达到了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果。
本发明实施例提供了一种电机转子位置检测装置，所述装置包括电机控制主芯片，如图3-1所示，所述电机控制主芯片可以包括：
接收单元301，用于接收旋转变压器的输出信号，该输出信号由电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号。
第一确定单元302，用于根据旋转变压器的输出信号确定旋转变压器的目标转子角度。
第二确定单元303，用于根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度。
检测单元304，用于根据电机转子角度检测电机转子位置。
综上所述，本发明实施例提供的电机转子位置检测装置，能够通过电机控制主芯片根据旋转变压器的输出信号确定旋转变压器的目标转子角度，再根据旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据电机转子角度检测电机转子位置，相较于现有技术，无需采用解码芯片，达到了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果。
具体的，如图3-2所示，第一确定单元302，可以包括：
采样模块3021，用于对旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，该第一离散信号包括正弦模拟信号对应的正弦离散信号和余弦模拟信号对应的余弦离散信号。
第一处理模块3022，用于对第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号，该第二离散信号指示第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值。
第二处理模块3023，用于根据第二离散信号得到第二离散信号在每个采样周期内的峰值，该峰值为第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，该峰值包括正弦离散信号对应的第一峰值和余弦离散信号对应的第二峰值。
第三处理模块3024，用于根据第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算旋转变压器的第一转子角度。
该反正切函数公式为：
其中，θ为旋转变压器的第一转子角度，VSIN为正弦离散信号对应的第一峰值，VCOS为余弦离散信号对应的第二峰值。
第四处理模块3025，用于将旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为旋转变压器的目标转子角度，该相位差为激励信号的相位与输出信号的相位的差值。
进一步的，如图3-3所示，采样模块3021，包括：
截断子模块3021a，用于采用窗函数对旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号。其中，窗函数为平顶窗函数。
处理子模块3021b，用于对处理后的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号。
如图3-4所示，第一确定单元302还可以包括：
确定模块3026，用于查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定第一离散信号的幅值对应的角度范围。
第五处理模块3027，用于将第一离散信号的幅值对应的角度范围作为旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
综上所述，本发明实施例提供的电机转子位置检测装置，能够通过电机控制主芯片根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度，再根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度，最后根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置，相较于现有技术，无需采用解码芯片，达到了降低检测永磁同步电机转子位置的成本的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电机转子位置检测方法，其特征在于，用于电机控制主芯片，所述方法包括：
接收旋转变压器的输出信号，所述输出信号由所述电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，所述输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号；
根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度；
根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度；
根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置，
所述根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度，包括：
对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，所述第一离散信号包括所述正弦模拟信号对应的正弦离散信号和所述余弦模拟信号对应的余弦离散信号；
对所述第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号，所述第二离散信号指示所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值；
根据所述第二离散信号得到所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值，所述峰值为所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，所述峰值包括所述正弦离散信号对应的第一峰值和所述余弦离散信号对应的第二峰值；
根据所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算所述旋转变压器的第一转子角度；
将所述旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为所述旋转变压器的目标转子角度，所述相位差为所述激励信号的相位与所述输出信号的相位的差值；
所述反正切函数公式为：
<mrow>
<mi>&theta;</mi>
<mo>=</mo>
<mi>arctan</mi>
<mfrac>
<msub>
<mi>V</mi>
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<mi>S</mi>
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<mi>C</mi>
<mi>O</mi>
<mi>S</mi>
</mrow>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，所述θ为所述旋转变压器的第一转子角度，所述VSIN为所述正弦离散信号对应的第一峰值，所述VCOS为所述余弦离散信号对应的第二峰值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，包括：
采用窗函数对所述旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号；
对所述处理后的输出信号进行过采样处理，得到所述第一离散信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号之后，所述方法还包括：
查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定所述第一离散信号的幅值对应的角度范围；
将所述第一离散信号的幅值对应的角度范围作为所述旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述窗函数为平顶窗函数。
5.一种电机转子位置检测装置，其特征在于，所述装置包括电机控制主芯片，所述电机控制主芯片包括：
接收单元，用于接收旋转变压器的输出信号，所述输出信号由所述电机控制主芯片输出的激励信号激励产生，所述输出信号包括正弦模拟信号和余弦模拟信号；
第一确定单元，用于根据所述旋转变压器的输出信号确定所述旋转变压器的目标转子角度；
第二确定单元，用于根据所述旋转变压器的目标转子角度确定电机转子角度；
检测单元，用于根据所述电机转子角度检测所述电机转子位置，
所述第一确定单元，包括：
采样模块，用于对所述旋转变压器的输出信号进行过采样处理，得到第一离散信号，所述第一离散信号包括所述正弦模拟信号对应的正弦离散信号和所述余弦模拟信号对应的余弦离散信号；
第一处理模块，用于对所述第一离散信号进行傅里叶频谱运算，得到第二离散信号，所述第二离散信号指示所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值；
第二处理模块，用于根据所述第二离散信号得到所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值，所述峰值为所述第二离散信号在每个采样周期内的各个采样点对应的幅值中的最大值，所述峰值包括所述正弦离散信号对应的第一峰值和所述余弦离散信号对应的第二峰值；
第三处理模块，用于根据所述第二离散信号在每个采样周期内的峰值和反正切函数公式计算所述旋转变压器的第一转子角度；
第四处理模块，用于将所述旋转变压器的第一转子角度与相位差的和作为所述旋转变压器的目标转子角度，所述相位差为所述激励信号的相位与所述输出信号的相位的差值；
所述反正切函数公式为：
<mrow>
<mi>&theta;</mi>
<mo>=</mo>
<mi>arctan</mi>
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<mi>O</mi>
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</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，所述θ为所述旋转变压器的第一转子角度，所述VSIN为所述正弦离散信号对应的第一峰值，所述VCOS为所述余弦离散信号对应的第二峰值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述采样模块，包括：
截断子模块，用于采用窗函数对所述旋转变压器的输出信号进行截断处理，得到处理后的输出信号；
处理子模块，用于对所述处理后的输出信号进行过采样处理，得到所述第一离散信号。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元还包括：
确定模块，用于查询预设的幅值与角度范围的对应关系，确定所述第一离散信号的幅值对应的角度范围；
第五处理模块，用于将所述第一离散信号的幅值对应的角度范围作为所述旋转变压器的目标转子角度对应的角度范围。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述窗函数为平顶窗函数。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003164188A (ja) * | 2001-11-22 | 2003-06-06 | Mitsubishi Electric Corp | 永久磁石電動機装置、冷凍サイクル装置、永久磁石電動機の駆動方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003164188A (ja) * | 2001-11-22 | 2003-06-06 | Mitsubishi Electric Corp | 永久磁石電動機装置、冷凍サイクル装置、永久磁石電動機の駆動方法 |
| CN101561263A (zh) * | 2009-05-18 | 2009-10-21 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 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 |
| CN102751922A (zh) * | 2011-04-19 | 2012-10-24 | 江门市地尔汉宇电器股份有限公司 | 一种微型永磁同步电动机 |
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