CN109639191A - 电机位置检测方法及电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机位置检测方法，其包括：S10、电机控制系统的控制器向电机提供正弦激励信号；S20、电机接收到该激励信号后，根据磁场位置产生正弦信号和余弦信号，并将该正弦信号和余弦信号发送给控制器，控制器对该正弦信号和余弦信号进行采集和处理；S30、控制器根据处理后的数字信号得到电机的转子的位置。本发明通过控制器采集永磁同步电机的正弦信号和余弦信号，并根据该正弦信号和余弦信号计算得到电机转子的位置，由此实现了电机的位置检测，解决了现有技术中通过位置传感器得到电机位置的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机位置检测方法及电机控制方法，尤其涉及一种无位置传感器的电机位置检测方法，特别适用于永磁同步电机驱动的控制系统。
背景技术
现有技术中，电机的位置检测一般使通过集成芯片(位置传感器)来完成。目前永磁同步电机的位置传感器主要有:(1)日本TAMAGAWA的AU6805；(2)TI的PGA411。
但是，这些位置传感器的工艺较为落后，价格昂贵且对电路匹配要求较高，不稳定性较多，对转速的跳变处理能力较差，并因为出货量较小存在停产风险，并且在系统中增加一个芯片也降低了系统的安全等级。
发明内容
本发明目的是提供一种电机位置检测方法及控制方法，其采用无传感器方案实现，响应速度快，可靠性强、可实现对永磁同步电机位置监测和识别，并根据算法来判断电机位置。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种电机位置检测方法，其包括：
S10、电机控制系统的控制器向电机提供正弦激励信号；
S20、电机接收到该激励信号后，根据磁场位置产生正弦信号和余弦信号，并将该正弦信号和余弦信号发送给控制器，控制器对该正弦信号和余弦信号进行采集和处理；
S30、控制器根据处理后的数字信号得到电机的转子的位置。
可选的，S10具体为：控制器发出PWM信号，通过积分电路将控制器所产生的PWM信号转换为正弦激励信号。
可选的，所述积分电路包括：运算放大器、三极管T1A和三极管T1B；
所述运算放大器的反相输入端通过电阻R1连接于ECU的PWM引脚，而且所述运算放大器的反相输入端还通过并联的电阻R2和电容C1连接于输出端子，所述输出端子连接于电机；
所述运算放大器的正相输入端通过电阻R3连接于直流电源V12，所述运算放大器的正相输入端还通过电阻R4接地；所述运算放大器的电源端连接于直流电源V12，所述运算放大器的接地端接地；
所述三极管T1A的集电极通过电阻R9连接于所述三极管T1A的基极，所述三极管T1A的基极通过电阻R5连接于二极管D1的正极，所述二极管D1的负极连接于二极管D2的正极，所述二极管D2的正极通过串联的电阻R6和电阻R10连接于三极管T1B的集电极，并且所述三极管T1B的集电极接地；
所述运算放大器的输出端连接于所述二极管D1的负极；
所述三极管T1A的发射集通过串联的电阻R7和电阻R8连接于三极管T1B的发射集，所述三极管T1B的基极连接于所述电阻R6和电阻R10的连接处；
所述电阻R7和电阻R8连接处也连接于输出端子。
可选的，S20包括：通过控制器的AD采样模块对正弦信号和余弦信号进行采样，并转成数字信号，然后对数字信号进行滤波处理。
可选的，对数字信号进行滤波处理包括：将数字信号输入带通滤波器进行带通滤波处理，去除高频信号和低频信号；并对带通滤波处理后的数字信号进行有限冲击响应数字滤波处理。
可选的，S30具体为：控制器通过反馈回的正弦信号和余弦信号对应相位及幅值关系，可反推出角度值，并得到电机转子位置。
本发明解决技术问题还采用以下技术方案：一种电机控制方法，其包括上述的电机位置检测方法。
可选的，所述电机控制方法还包括：根据电机的位置信号，结合三相电机电流信号，解码需要控制的三相电机电压信号从而控制三相电机旋转。
本发明具有如下有益效果：本发明通过控制器采集永磁同步电机的正弦信号和余弦信号，并根据该正弦信号和余弦信号计算得到电机转子的位置，由此实现了电机的位置检测，解决了现有技术中通过位置传感器得到电机位置的问题。
附图说明
图1为本发明的永磁同步电机的位置信号产生的原理图；
图2为本发明的正弦信号和余弦信号的解析方法示意图；
图3为本发明的积分电路的结构示意图；
图4为电压空间向量在第Ⅰ区的合成与分解示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种电机位置检测方法，即一种无位置传感器的电机位置检测方法，其包括：
S10、电机控制系统的控制器(ECU)向电机提供正弦激励信号。
本实施例中，所述电机为永磁同步电机，所述永磁同步电机的位置信号产生的原理如图1所示，R1，R2为励磁信号，S1-S3，S2-S4为两路正交的反馈信号，因此，可以通过对反馈信号的解码来实现对角度的解析。
参见图1，所述永磁同步电机的机械部分自带旋变处理机构，激励信号产生磁源信号通过激励线圈感应到正弦线圈和余弦线圈，磁源信号为正弦信号，感应出相互垂直的两个信号，旋转位置不同产生的正弦信号和余弦信号的辐值不同，由此来解析角度。
因此，控制器ECU需要发送正弦激励信号至永磁同步电机，而且由于角度信号需要的是解析正弦信号和余弦信号的相关辐值，对正弦激励信号的完整性和平滑性要求较低，所以可以使用单片机信号发出的变占空比PWM信号积分滤波生成激励信号，激励信号跳变较多，但不影响对角度的判断。
优选地，所述电机控制系统包括积分电路，所述积分电路信号连接于所述ECU，以将ECU所产生的PWM信号转换为正弦激励信号；本实施例中，所述积分电路包括：运算放大器、三极管T1A和三极管T1B。
所述运算放大器的反相输入端通过电阻R1连接于ECU的PWM引脚，而且所述运算放大器的反相输入端还通过并联的电阻R2和电容C1连接于输出端子，所述输出端子连接于电机的传感器，从而使得电机能够接收到PWM信号的积分后的正弦激励信号。
所述运算放大器的正相输入端通过电阻R3连接于+12V的直流电源，所述运算放大器的正相输入端还通过电阻R4接地；所述运算放大器的电源端连接于直流电源V12，所述运算放大器的接地端接地。
所述三极管T1A的集电极通过电阻R9连接于所述三极管T1A的基极，所述三极管T1A的基极通过电阻R5连接于二极管D1的正极，所述二极管D1的负极连接于二极管D2的正极，所述二极管D2的正极通过串联的电阻R6和电阻R10连接于三极管T1B的集电极，并且所述三极管T1B的集电极接地。
所述运算放大器的输出端连接于所述二极管D1的负极。
所述三极管T1A的发射集通过串联的电阻R7和电阻R8连接于三极管T1B的发射集，所述三极管T1B的基极连接于所述电阻R6和电阻R10的连接处。
所述电阻R7和电阻R8连接处也连接于输出端子。
S20、电机接收到该激励信号后，根据磁场位置产生正弦信号和余弦信号，并将该正弦信号和余弦信号发送给ECU。
永磁直流电机产生正弦信号和余弦信号后，ECU对该正弦信号和余弦信号进行采集，其中，所述ECU可以采用英飞凌Tricore系列单片机，该单片机为3核处理器，具备440KB的RAM以及4MB的flash，所述单片机的AD采样模块的差分AD采样频率最高可达300K，带宽10-100K；并且通过AD采样模块对正弦信号和余弦信号进行采样，并转成数字信号后即可进行滤波处理。
本实施例中，为防止干扰进入，对数字信号进行滤波处理包括：将数字信号输入带通滤波器进行带通滤波处理，去除高频信号和低频信号；并对带通滤波处理后的数字信号进行有限冲击响应数字滤波处理。
本实施例中，还包括对滤波处理后的数字信号的偏移进行补偿，其中，偏移补偿量可以通过试验获得，并对补偿后的数字信号进行积分，以去除载波，所述积分的参数通过试验获得。
S30、ECU根据处理后的数字信号得到电机的转子的位置。
图2是旋变信号解析方法，反映了角度与幅值之间对应关系，通过反馈回的正弦信号和余弦信号对应相位及幅值关系，可反推出角度值，即可用以计算电机转子位置。通过原理及对应关系可以看出反馈回的信号即转子角度的正弦值和余弦值，通过软件解码和查表即可。
并且，优选地，可以对得到的电机的转子的位置进行滤波处理。
即，根据汽车运行特点，突加速和突减速在设定范围内，对角度突变可实行数据处理。
本发明通过单片机发出PWM信号，通过积分电路转成正弦信号，作为激励提供给电机，接收到的正弦信号和余弦信号进入ECU的单片机的AD采样模块，使用可配置的带通滤波器提供具有可选择的采样率。使用两个有限冲击响应数字滤波器，每个采样率为2，通过对信号的衰减使之成为有效信号，单片机将其进行偏移补偿并进行电路积分整合，最终生成电机位置信号。
实施例2
本实施例提供了一种电机控制控制方法，其包括：根据实施例1所述的电机位置检测方法得到电机的转子的位置；
参考图4，本实施例根据电机的位置信号，结合三相电机电流信号，解码需要控制的三相电机电压信号从而控制三相电机旋转。
本实施例的电机控制方法，通过实施例1中的电机位置检测方法得到电机旋转位置和转速，并通过PID调节算法后控制驱动电路，使电机驱动电流产生的磁场满足永磁电机的驱动波形，依此实现对电机的控制。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种电机位置检测方法，其特征在于，包括：
S10、电机控制系统的控制器向电机提供正弦激励信号；
S20、电机接收到该激励信号后，根据磁场位置产生正弦信号和余弦信号，并将该正弦信号和余弦信号发送给控制器，控制器对该正弦信号和余弦信号进行采集和处理；
S30、控制器根据处理后的数字信号得到电机的转子的位置。
2.根据权利要求1所述的电机位置检测方法，其特征在于，S10具体为：控制器发出PWM信号，通过积分电路将控制器所产生的PWM信号转换为正弦激励信号。
3.根据权利要求2所述的电机位置检测方法，其特征在于，所述积分电路包括：运算放大器、三极管T1A和三极管T1B；
所述运算放大器的反相输入端通过电阻R1连接于ECU的PWM引脚，而且所述运算放大器的反相输入端还通过并联的电阻R2和电容C1连接于输出端子，所述输出端子连接于电机；
所述运算放大器的正相输入端通过电阻R3连接于直流电源V12，所述运算放大器的正相输入端还通过电阻R4接地；所述运算放大器的电源端连接于直流电源V12，所述运算放大器的接地端接地；
所述三极管T1A的集电极通过电阻R9连接于所述三极管T1A的基极，所述三极管T1A的基极通过电阻R5连接于二极管D1的正极，所述二极管D1的负极连接于二极管D2的正极，所述二极管D2的正极通过串联的电阻R6和电阻R10连接于三极管T1B的集电极，并且所述三极管T1B的集电极接地；
所述运算放大器的输出端连接于所述二极管D1的负极；
所述三极管T1A的发射集通过串联的电阻R7和电阻R8连接于三极管T1B的发射集，所述三极管T1B的基极连接于所述电阻R6和电阻R10的连接处；
所述电阻R7和电阻R8连接处也连接于输出端子。
4.根据权利要求1所述的电机位置检测方法，其特征在于，S20包括：通过控制器的AD采样模块对正弦信号和余弦信号进行采样，并转成数字信号，然后对数字信号进行滤波处理。
5.根据权利要求4所述的电机位置检测方法，其特征在于，对数字信号进行滤波处理包括：将数字信号输入带通滤波器进行带通滤波处理，去除高频信号和低频信号；并对带通滤波处理后的数字信号进行有限冲击响应数字滤波处理。
6.根据权利要求5所述的电机位置检测方法，其特征在于，S30具体为：控制器通过反馈回的正弦信号和余弦信号对应相位及幅值关系，可反推出角度值，并得到电机转子位置。
7.一种电机控制方法，其特征在于，包括权利要求1-6所述的电机位置检测方法。
8.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于，还包括：根据电机的位置信号，结合三相电机电流信号，解码需要控制的三相电机电压信号从而控制三相电机旋转。
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