CN110971155B - 一种冗余位置信号的pmsm控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种冗余位置信号的PMSM控制方法，涉及电动助力转向领域，该控制方法在电机旋转时，先将A1333磁感应芯片检测得到的PWM信号及A、B、I信号发送给电子控制单元，电子控制单元再根据该两组信号分别计算电机转子位置角度，然后比较两个电机转子位置角度值，若两个电机转子位置角度值相等或两者的差值在可接受范围内，电子控制单元将使用A、B、I信号计算得到的电机转子位置角度控制永磁同步电机，若两个电机转子位置角度值的差值不在可接受范围内，电子控制单元将报电机转子位置角度故障。本发明采用PWM信号和A、B、I信号冗余检测电机转子位置角度，可以及时发现系统电机转子位置角度异常，从而提高电动助力转向系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电动助力转向系统领域，尤其指一种冗余位置信号的PMSM控制方法。
背景技术
在以电机为驱动力的新能源汽车中，电机控制系统的稳定性对汽车行驶安全尤为重要。永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制的关键在于准确获取转子位置角度，精确的转子位置角度有助于提高电机稳定性。当前车用永磁同步电机获取转子位置角度最常用的方案主要有三种，第一种是利用霍尔传感器获取的EncoderA、EncoderB、HallA、HallB、HallC信号计算电机转子位置角度，第二种是利用旋变解码器计算电机转子位置角度，第三种是利用埃戈罗公司的A1333等磁感应芯片获取的SPI信号计算电机转子位置角度。
上述三种方式存在同一个缺陷，当控制系统计算的电机转子位置角度发生错误时，会使得电机磁场定向控制策略失效，电子控制单元（ECU）可能会输出很大的助力电流，进而可能损坏电子控制单元、电机位置传感器及电机，造成一定的损失，甚至可能威胁驾驶人员人身安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种冗余位置信号的PMSM控制方法，该控制方法采用PWM信号和A、B、I信号冗余检测电机转子位置角度，可以及时发现PMSM系统电机转子位置角度异常，从而提高电动助力转向系统的安全性。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种冗余位置信号的PMSM控制方法，电机旋转时，先将A1333磁感应芯片检测得到的PWM信号及A、B、I信号发送给电子控制单元，电子控制单元再根据该两组信号分别计算电机转子位置角度，然后比较两个电机转子位置角度值，若两个电机转子位置角度值相等或两者的差值在可接受范围内，电子控制单元将使用A、B、I信号计算得到的电机转子位置角度来控制永磁同步电机，若两个电机转子位置角度值的差值不在可接受范围内，电子控制单元将报电机转子位置角度故障。
进一步地，电子控制单元在根据PWM信号计算电机转子位置角度时，采用如下方法进行：
电子控制单元上电后开始计时，当电子控制单元检测到PWM边沿时触发电子控制单元中断，进入中断后，用最近一次进入中断后PWM为高电平时读取的计时器值减去上次进入中断后PWM为高电平时读取的定时器值，计算出PWM信号周期，并用最近一次进入中断后PWM为低电平时读取的计时器值减去上次进入中断后PWM为高电平时读取的定时器值，计算出每个周期中PWM信号高电平持续的时间，最后计算出PWM占空比，PWM占空比的计算公式如下：
电子控制单元计算出的PWM占空比范围为5%～95%，PWM占空比与所测量的电机转子位置角度成比例，当PWM占空比为5%时电机转子位置角度为0°，当PWM占空比为95%时电机转子位置角度为360°。
更进一步地，电子控制单元在根据A、B、I信号计算电机转子位置角度时，采用如下方法进行：
电机旋转时，由电子控制单元检测到的A、B信号边沿触发电子控制单元中断，进入中断后读取A、B信号状态，当电机正转时，A、B信号组合后出现的四种不同状态的顺序为2、3、1、0、2、3、1、0……，构造数组FW：[2、0、3、1]；当电机反转时，A、B信号组合后出现的四种不同状态的顺序为2、0、1、3、2、0、1、3……，构造数组RV：[1、3、0、2]。数组分别代表电机在不同方向旋转时，预测本次A、B信号组合应当出现的状态。用上次B、A信号组合后结果为索引，分别查询数组FW、RV获得本次预测结果值，并与本次B、A信号组合后实际结果值进行比较，若本次B、A信号组合后结果与以上次B、A信号组合后结果为索引查得的FW数组中的元素结果相同，代表电机方向为正转，进行计数加1，若与RV数组中的元素结果相同，代表电机方向为反转，进行计数减1，由计数所得计数值与角度分辨率计算电机旋转时的电机转子位置角度，其计算公式如下：
电机转子位置角度=计数值*角度分辨率
其中，角度分辨率R=[360/（4*2ⁿ）]°（n根据系统在位置传感器芯片进行配置）；在电机旋转过程中，当电子控制单元检测到I信号边沿时触发电子控制单元中断，进入中断后清零用于计算角度的计数值，即当出现I信号时电机转子位置角度为0°。
更进一步地，对PWM占空比进行相位变换，使PWM信号占空比为5%时电机转子位置角度为-180°，PWM占空比为50%时电机转子位置角度为0°，PWM占空比为95%时电机转子位置角度为180°。
再进一步地，电动助力转向系统上电后，电机未转动时，电子控制单元以PWM占空比计算电机转子位置绝对角度，并将此角度作为系统上电后的电机转子位置初始角度；电动助力转向系统上电后，I信号未出现时，电机转子位置角度由PWM占空比及A、B、I信号共同计算，即：电机转子位置角度=电机转子位置初始角度+A、B信号计算角度；电动助力转向系统上电后，I信号出现后，电机转子位置角度分别由PWM占空比和A、B、I信号同时计算电机转子位置角度计算。
本发明提供的冗余位置信号的PMSM控制方法，在使用PWM占空比计算电机转子位置角度的同时也使用A、B、I信号计算电机转子位置角度，形成了两种角度的冗余，因电机高速旋转时A、B、I信号实时性好，故电机旋转时系统使用A、B、I信号计算得到的电机转子位置角度控制PMSM，而PWM占空比计算的角度具有准确性好的特性，因此用PWM占空比计算的电机转子位置角度作为校验值，来判定A、B、I信号计算的电机转子位置角度是否异常，异常时系统报故。通过采用该冗余位置信号的PMSM控制方法，电动助力转向系统可以使用准确的电机转子位置角度来控制PMSM，并在电机转子位置角度发生异常时采取其他措施来控制PMSM，从而实现对电子控制单元、电机位置传感器、电机及车辆驾驶人员的保护，提高了电动助力转向系统的安全性。
附图说明
图1为本发明所涉冗余位置信号的PMSM控制方法中PWM占空比与电机转子位置角度的对应图；
图2为本发明所涉冗余位置信号的PMSM控制方法中A、B、I信号的波形图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
本发明提供的冗余位置信号的PMSM控制方法的核心在于电动助力转向系统使用PWM占空比计算电机转子位置角度，同时也使用A、B、I信号计算电机转子位置角度，形成了两种角度的冗余，电机高速旋转时A、B、I信号实时性好，故电机旋转时系统使用A、B、I信号计算得到的电机转子位置角度控制PMSM，而PWM占空比计算的角度具有准确性好的特性，因此用PWM占空比计算的电机转子位置角度作为校验值，判定A、B、I信号计算的电机转子位置角度是否异常。
众所周知，电机转子位置角度是通过电机位置传感器检测得到，在现有技术中，电机位置传感器的种类及型号有多种，其中埃戈罗公司的A1333磁感应芯片支持多种角度信号输出形式，如SPI、SENT、UVW、ABI、PWM，这些角度信号输出形式可自由选择，基于此，本实施方式提供的冗余位置信号的PMSM控制方法中，采用A1333磁感应芯片检测电机转子位置角度，应用时，电子控制单元安装在永磁同步电机上，A1333磁感应芯片安装在永磁同步电机的尾部，A1333磁感应芯片与电子控制单元电连接。电机旋转时，A1333磁感应芯片将检测得到的PWM信号及A、B、I信号发送给电子控制单元，电子控制单元再根据该两组信号分别计算电机转子位置角度，然后比较两个电机转子位置角度值，若两个电机转子位置角度值相等或两者的差值在可接受范围内，电子控制单元将使用A、B、I信号计算得到的电机转子位置角度来控制永磁同步电机，若两个电机转子位置角度值的差值不在可接受范围内，电子控制单元将报电机转子位置角度故障，同时系统采用相应控制措施控制助力转向电机，并提示驾驶人员车辆助力转向装置异常，进而有效保护了电子控制单元、电机位置传感器、电机及车辆驾驶人员。
需要提出说明的是，上述对电机转子位置角度的检测是在电动助力转向系统上电后I信号出现时进行的，而当电动助力转向系统上电后电机未转动时，电子控制单元是以PWM占空比计算电机转子位置绝对角度，并将此角度作为系统上电后的电机转子位置初始角度，另外，电动助力转向系统上电后I信号未出现时，电机转子位置角度由PWM占空比及A、B、I信号共同计算，即：
电机转子位置角度=电机转子位置初始角度+A、B信号计算角度。
关于前述电子控制单元在计算电机转子位置角度时，具体是采用如下方法进行。
一、根据PWM信号计算电机转子位置角度
如图1所示，系统上电后电机旋转时PWM信号的占空比呈周期性变化，PWM信号的频率可根据系统具体需配置，每个周期内输出的PWM占空比被钳位在5%至95%之间，占空比与所测量的电机转子位置角度成比例，占空比为5%时电机转子位置相当于0°，占空比为95%时电机转子位置相当于360°，故可通过测量PWM占空比计算电机转子位置角度。电子控制单元内设置计时器，上电后进行计时，当电子控制单元检测到PWM边沿时触发电子控制单元中断，进入中断后，用最近一次进入中断后PWM为高电平时读取的计时器值减去上次进入中断后PWM为高电平时读取的定时器值，计算出PWM信号周期，并用最近一次进入中断后PWM为低电平时读取的计时器值减去上次进入中断后PWM为高电平时读取的定时器值，计算出每个周期中PWM信号高电平持续的时间，最后计算出PWM占空比，PWM占空比的计算公式如下：
电子控制单元计算出的PWM占空比范围为5%～95%，PWM占空比与所测量的电机转子位置角度成比例，当PWM占空比为5%时电机转子位置角度为0°，当PWM占空比为95%时电机转子位置角度为360°。
为方便电子控制单元进一步处理，可以对PWM占空比进行相位变换，使PWM信号占空比为5%时电机转子位置角度为-180°，PWM占空比为50%时电机转子位置角度为0°，PWM占空比为95%时电机转子位置角度为180°。
二、根据A、B、I信号计算电机转子位置角度
如图2所示，I信号是一个零位脉冲，它出现在每次电机转子旋转到0°时，而电机转动时A、B信号以正交的方式输出，B信号由每个循环周期的A信号偏移1/4得到，电机旋转时A、B信号在每个周期以50%的占空比进行切换，由此可计算出电机旋转时的电机转子位置角度，由于A信号和B信号偏移1/4个周期，因此电机转动时A、B信号组合在一起有四种不同的状态，即B信号为高电平时A信号为低电平，B信号为高电平时A信号为高电平，B信号为低电平时A信号为高电平，B信号为低电平时A信号为低电平，每状态代表整个旋转周期的R=[360/（4*2ⁿ）]°（其中n根据具体系统在位置传感器芯片进行配置），该R即是电机转子位置角度的分辨率。
如果给定的B信号边沿（上升或下降）在A信号边沿之前，则在每个状态切换中，电机转子位置角度随之而递增。反之，在每个状态切换中，如果给定的A边沿（上升或下降）在B沿之前，电机转子位置角度随之而递减。
基于此，电机旋转时，由电子控制单元检测到的A、B信号边沿触发电子控制单元中断，进入中断后读取A、B信号状态，若使B信号状态为高位，A信号状态为低位，A、B信号组合后出现四种不同状态，如下表1所示，电机正转时A、B信号组合后出现的四种不同状态的顺序为2、3、1、0、2、3、1、0……，如下表2所示，电机反转时A、B信号组合后出现的四种不同状态的顺序为2、0、1、3、2、0、1、3……。
表1 电机正转时A、B信号组合后的状态
表2 电机反转时A、B信号组合后的状态
当电机正转时，构造数组FW：[2、0、3、1]；当电机反转时，构造数组RV：[1、3、0、2]；数组分别代表电机在不同方向旋转时，预测本次A、B信号组合应当出现的状态，用上次B、A信号组合后结果为索引，分别查询数组FW、RV获得本次预测结果值，并与本次B、A信号组合后实际结果值进行比较，若本次B、A信号组合后结果与以上次B、A信号组合后结果为索引查得的FW数组中的元素结果相同，代表电机方向为正转，进行计数加1，若与RV数组中的元素结果相同，代表电机方向为反转，进行计数减1，由计数所得计数值与角度分辨率计算电机旋转时的电机转子位置角度，其计算公式如下：
电机转子位置角度=计数值*角度分辨率
在电机旋转过程中，当电子控制单元检测到I信号边沿时触发电子控制单元中断，进入中断后清零用于计算角度的计数值，即当出现I信号时电机转子位置角度为0°。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (3)
1.一种冗余位置信号的PMSM控制方法，其特征在于：电机旋转时，先将A1333磁感应芯片检测得到的PWM信号及A、B、I信号发送给电子控制单元，电子控制单元再根据该两组信号分别计算电机转子位置角度，然后比较两个电机转子位置角度值，若两个电机转子位置角度值相等或两者的差值在可接受范围内，电子控制单元将使用A、B、I信号计算得到的电机转子位置角度来控制永磁同步电机，若两个电机转子位置角度值的差值不在可接受范围内，电子控制单元将报电机转子位置角度故障；
电子控制单元在根据PWM信号计算电机转子位置角度时，采用如下方法进行：电子控制单元上电后开始计时，当电子控制单元检测到PWM边沿时触发电子控制单元中断，进入中断后，用最近一次进入中断后PWM为高电平时读取的计时器值减去上次进入中断后PWM为高电平时读取的定时器值，计算出PWM信号周期，并用最近一次进入中断后PWM为低电平时读取的计时器值减去上次进入中断后PWM为高电平时读取的定时器值，计算出每个周期中PWM信号高电平持续的时间，最后计算出PWM占空比，PWM占空比的计算公式如下：
电子控制单元计算出的PWM占空比范围为5%～95%，PWM占空比与所测量的电机转子位置角度成比例，当PWM占空比为5%时电机转子位置角度为0°，当PWM占空比为95%时电机转子位置角度为360°；
电子控制单元在根据A、B、I信号计算电机转子位置角度时，采用如下方法进行：电机旋转时，由电子控制单元检测到的A、B信号边沿触发电子控制单元中断，进入中断后读取A、B信号状态，当电机正转时，A、B信号组合后出现的四种不同状态的顺序为2、3、1、0、2、3、1、0……，构造数组FW：[2、0、3、1]；当电机反转时，A、B信号组合后出现的四种不同状态的顺序为2、0、1、3、2、0、1、3……，构造数组RV：[1、3、0、2]，数组分别代表电机在不同方向旋转时，预测本次A、B信号组合应当出现的状态，用上次B、A信号组合后结果为索引，分别查询数组FW、RV获得本次预测结果值，并与本次B、A信号组合后实际结果值进行比较，若本次B、A信号组合后结果与以上次B、A信号组合后结果为索引查得的FW数组中的元素结果相同，代表电机方向为正转，进行计数加1，若与RV数组中的元素结果相同，代表电机方向为反转，进行计数减1，由计数所得计数值与角度分辨率计算电机旋转时的电机转子位置角度，其计算公式如下：电机转子位置角度=计数值*角度分辨率其中，角度分辨率R=[360/（4*2n）]°，n根据系统在位置传感器芯片进行配置；在电机旋转过程中，当电子控制单元检测到I信号边沿时触发电子控制单元中断，进入中断后清零用于计算角度的计数值，即当出现I信号时电机转子位置角度为0°。
2.根据权利要求1所述的冗余位置信号的PMSM控制方法，其特征在于：对PWM占空比进行相位变换，使PWM信号占空比为5%时电机转子位置角度为-180°，PWM占空比为50%时电机转子位置角度为0°，PWM占空比为95%时电机转子位置角度为180°。
3.根据权利要求2所述的冗余位置信号的PMSM控制方法，其特征在于：电动助力转向系统上电后，电机未转动时，电子控制单元以PWM占空比计算电机转子位置绝对角度，并将此角度作为系统上电后的电机转子位置初始角度；电动助力转向系统上电后，I信号未出现时，电机转子位置角度由PWM占空比及A、B、I信号共同计算，即：电机转子位置角度=电机转子位置初始角度+A、B信号计算角度；电动助力转向系统上电后，I信号出现后，电机转子位置角度分别由PWM占空比和A、B、I信号同时计算电机转子位置角度计算。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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