CN111638453A - 一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法 - Google Patents

一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法 Download PDF

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Abstract

一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，属于电机检测装置。本发明为了解决现有检测电机磁场位置和转速检测系统所存在的缺陷问题，同时检测电机的正反转和确定磁场电压是否稳定；首先确定电机三相反电动势的相电压数值，经过数字滤波器，再确定电压数值两次过零(或峰值)时刻所经过的时间，进而得到电机磁场旋转的速度和位置；本发明更加方便、准确的检测电机磁场旋转的位置以及转速。

Description

一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法
技术领域
本发明涉及电机检测领域，特别是涉及一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法。
背景技术
电机作为工业质造行业中的重要部件之一，对电机磁场旋转位置以及转速的精确性、灵敏性、方便性要求越来越高。传统的电机都要使用位置传感器或者光码盘对电机转子和转速进行位置检测，给电机检测使用带来了许多弊端，通过位置传感器测量可以简单地控制电机，但是在体积、成本、机壳温度、检测精度等多方面都存在着问题，传感器或者光码盘大量的使用使得电气连接数量增加，给抗干扰设计带来一定的困难。即使使用最普遍的霍尔传感器在温度过高时也无法正常检测，从而也限制其使用范围。现有电机磁场转速位置以及转速检测的方法主要存在的缺点，一个是必须有外露的轴，另一个是在检测过程中必须对正才可以，如果传感器和感应元件没有正对，将不能测量电机磁场位置和转速。因此对电机转速的检测十分的耗时费力。
传统的检测电机磁场位置以及转速的方法和控制中，整个切换过程总会出现和存在时间空间上的滞后，存在大量的高频率估算和系统运行上惯性的影响，导致常见的抖振现象，那么估计的和随后的位置估计含有大量的高振抖振，会影响到系统的存在来估计电机磁场旋转的位置和电机的转速。目前无位置传感器主要的检测方法为：观测器估算方法、电机相电感变化的转子位置估计法、人工智能估算方法。这些检测方法确实对电机参数变化不敏感，具有较强的鲁棒性，可以满足结构简单，减少元器件、省去励磁绕组减少励磁损失。但是目前这些检测方法，在做电机无传感控制时，对开关信号进行低通滤波得到的反电动势波形有畸变，同时计算量较大，会受到负载的影响，误差积累，使系统产生抖动。
发明内容
本申请的一种伺服同步电机磁场旋转位置以及转速的检测，具有省时省力的特点，避开了对调速产生干扰的缺点，实现了检测电机磁场位置以及转速的精准性、方便性。
一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：通过ac交流电压感测器采集伺服同步电机的三相反电动势的相电压数值。
步骤二：根据伺服同步电机工作原理，需要找到驱动伺服电机的三相电压U/V/W输出的U通道电压值、V通道电压值和W通道电压值之间的大小关系，判断当前电机的转子处于电角度周期中的哪个电角度区间，再根据所述电压值和所述电角度区间计算所述电机转子的位置，其中，所述判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间具体包括：
当U通道电压值小于或等于W通道电压值且W通道电压值小于V通道电压值时，V通道下桥臂导通，所述电角度区间为第一区间；
当W通道电压值小于或等于V通道电压值且V通道电压值小于U通道电压值时，U通道上桥臂导通，所述电角度区间为第二区间；
当V通道电压值小于或等于U通道电压值且U通道电压值小于W通道电压值时，W通道下桥臂导通，所述电角度区间为第三区间；
当U通道电压值小于或等于W通道电压值且W通道电压值小于V通道电压值时，V通道上桥臂导通，所述电角度区间为第一区间；
当W通道电压值小于或等于V通道电压值且V通道电压值小于U通道电压值时，U通道下桥臂导通，所述电角度区间为第二区间；
当V电压值小于或等于U电压值且U电压值小于W电压值时，W通道上桥臂导通，所述电角度区间为第三区间。
步骤三：根据步骤二所得伺服同步电机所在区间的起始位置θx，根据步骤一中的相电压值，通过数字滤波器滤波后，检测电压数值连续两次过零时刻所经过的时间T0，实时检测伺服同步电机的相电压值，采集到实时更新的T0，Kn时刻电机稳定运行到Kn-1过零时刻之间的时间为T*。
进一步地，所述伺服同步电机磁场旋转速度n的计算公式为：
Figure BDA0002539259210000021
Figure BDA0002539259210000022
式中，T0为电压数值连续两次过零时刻所经过的时间，f为电机磁场旋转的频率。
进一步地，所述电压数值连续两次过零时刻也可以为电压数值连续两次过峰值时刻或者电压数值连续两次过谷值时刻。
所述伺服同步电机稳定运行时的电机转子位置的计算公式为：
Figure BDA0002539259210000023
式中，T*为Kn时刻电机稳定运行到Kn-1过零时刻之间的时间，T0为电压数值连续两次过零时刻所经过的时间，θx为所述电角度区间的初始位置。
步骤四：根据步骤二所得电压数值连续两次过零时刻所经过的时间T0，同时判断经过驱动电机的三相电压U/V/W通道过零顺序，通过软件控制设计，驱动电压先通过U/V通道伺服电机正转；驱动电压先通过U/W通道伺服电机反转；从而判断伺服同步电机磁场旋转的正反转。
步骤五：根据步骤一采集到的伺服同步电机的三相反电动势的相电压数值，检测驱动电机的电压信号的峰值大小与频率是否均衡稳定，判断伺服同步电机三相电压是否稳定。
本申请与现有技术相比，具有如下有益的效果：
(1)本发明的通过检测电压信号，根据各相电压的特点并经过计算，间接的获得伺服同步电机磁场旋转的的位置信号和转速，已达到电机准确检测目的。
(2)通过检测电压的信号大大的减少了检测装置以及连线的使用，可以省去位置传感器以及电压检测专制，同时减少了电机调速系统的电压或电流的干扰，更好的实现步进电机磁场位置以及转速的经检测。
附图说明
图1是本发明实施例的一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法的结构框图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：通过ac交流电压感测器采集伺服同步电机的三相反电动势的相电压数值；
步骤二：根据伺服同步电机工作原理，需要找到驱动伺服电机的三相电压U/V/W输出的U通道电压值、V通道电压值和W通道电压值之间的大小关系，判断当前电机的转子处于电角度周期中的哪个电角度区间。
步骤三：根据步骤二所得伺服同步电机所在区间的起始位置θx，根据步骤一中的相电压值，通过数字滤波器滤波后，检测电压数值连续两次过零时刻所经过的时间T0，实时检测伺服同步电机的相电压值，采集到实时更新的T0，Kn时刻电机稳定运行到Kn-1过零时刻之间的时间为T*计算出转子位置以及转速。
进一步地，得到伺服同步电机磁场旋转速度n的计算公式为：
Figure BDA0002539259210000041
Figure BDA0002539259210000042
式中，T0为电压数值连续两次过零时刻所经过的时间，f为电机磁场旋转的频率。
进一步地，得到伺服同步电机磁场位置θn的计算公式为：
Figure BDA0002539259210000043
式中，θx为所述电角度区间的初始位置，其取值如下：
Figure BDA0002539259210000044
伺服同步电机采用三相运行，并且根据电机运行的周期计算，可以分为六个阶段，对应的电机磁场旋转的角度θ分别为：0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°、300°～360°。在电机运行过程中，每相反电动势都有过零(或峰值/谷值)时刻，记录启动时刻到第一次过零(或峰值/谷值)时刻所经历的时间T0，获得第一阶段所经过的时间，所以电机运行的周期为6T0。当电机运行6T0时，电机磁场旋转了一圈又回到起始的位置θ0。在伺服同步电机正常运行的条件下，要检测电机磁场旋转的位置和速度，必须满足一个等式：
Figure BDA0002539259210000045
其中，θ0为电机起始的角度，
Figure BDA0002539259210000046
为电机磁场旋转一周后的角度。因此，在电机启动时刻满足：
Figure BDA0002539259210000047
是检测整个电机磁场旋转的位置和速度的关键。
在电机运行过程中，Kn稳定运行时，过零(或峰值/谷值)时刻所经历的时间T0，则T0时刻，电机磁场旋转的角度为60°，6T0时刻电机磁场旋转360°，回到Kn的位置θn。电机磁场旋转的角度范围为：0°≤θn＜360°，所以电机运行6nT0时刻(n∈N)，电机磁场旋转到起始位置。Kn时刻电机稳定运行到Kn-1过零时刻之间的时间为T*，所以
Figure BDA0002539259210000051
为电机Kn时刻运行所占周期比例；θx为所述电角度区间的初始位置；则伺服同步电机磁场旋转的位置为：
Figure BDA0002539259210000052
步骤四：根据步骤二所得电压数值连续两次过零时刻所经过的时间T0，同时判断驱动伺服电机的三相电压U/V/W通道过零顺序，通过软件控制设计，驱动电压先通U/V通道伺服电机正转；驱动电压先通过U/W通道伺服电机反转；从而判断伺服同步电机磁场旋转的正反转。
步骤五：根据步骤一采集到的伺服同步电机的三相反电动势的相电压数值，检测驱动电机的电压信号的峰值大小和频率是否均衡稳定，判断伺服同步电机三相电压是否稳定。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：通过ac交流电压感测器采集伺服同步电机的三相反电动势的相电压数值；
步骤二：根据伺服同步电机工作原理，需要找到驱动伺服电机的三相电压U/V/W输出的U通道电压值、V通道电压值和W通道电压值之间的大小关系，判断当前电机的转子处于电角度周期中的哪个电角度区间，其中，所述判断当前处于电角度周期中的哪个电角度区间具体包括：
(1)当U通道电压值小于或等于W通道电压值且W通道电压值小于V通道电压值时，V通道下桥臂导通，所述电角度区间为第一区间；
(2)当W通道电压值小于或等于V通道电压值且V通道电压值小于U通道电压值时，U通道上桥臂导通，所述电角度区间为第二区间；
(3)当V通道电压值小于或等于U通道电压值且U通道电压值小于W通道电压值时，W通道下桥臂导通，所述电角度区间为第三区间；
(4)当U通道电压值小于或等于W通道电压值且W通道电压值小于V通道电压值时，V通道上桥臂导通，所述电角度区间为第一区间；
(5)当W通道电压值小于或等于V通道电压值且V通道电压值小于U通道电压值时，U通道下桥臂导通，所述电角度区间为第二区间；
(6)当V电压值小于或等于U电压值且U电压值小于W电压值时，W通道上桥臂导通，所述电角度区间为第三区间；
步骤三：根据步骤二所得伺服同步电机所在区间的起始位置θx，根据步骤一中的相电压值，通过数字滤波器滤波后，检测电压数值连续两次过零时刻所经过的时间T0，实时检测伺服同步电机的相电压值，采集到实时更新的T0，Kn时刻电机稳定运行到Kn-1过零时刻之间的时间为T*，计算出转子位置以及转速；
步骤四：根据步骤二所得电压数值连续两次过零时刻所经过的时间T0，通过判断驱动电机的三相电压U/V/W通道过零顺序，通过软件控制设计，驱动电压先通过U/V通道伺服电机正转；驱动电压先通过U/W通道伺服电机反转；从而判断伺服同步电机磁场旋转的正反转；
步骤五：根据步骤一采集到的伺服同步电机的三相反电动势的相电压数值，检测驱动电机电压信号的峰值大小与频率是否均衡稳定，判断伺服同步电机三相电压是否稳定。
2.根据权利要求1所述的一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，其特征在于：所述电压数值连续两次过零时刻也可以为电压数值连续两次过峰值时刻或者电压数值连续两次过谷值时刻。
3.根据权利要求1所述的一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，其特征在于：所述伺服同步电机稳定运行时的总周期数T的计算公式为：
T＝6T0
式中，T0为电压数值连续两次过零时刻所经过的时间。
4.根据权利要求1所述的一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，其特征在于：所述伺服同步电机磁场旋转速度n的计算公式为：
Figure FDA0002539259200000021
Figure FDA0002539259200000022
式中，T0为电压数值连续两次过零时刻所经过的时间，f为电机磁场旋转的频率。
5.根据权利要求1所述的一种伺服同步电机磁场旋转位置和速度的检测方法，其特征在于：所述伺服同步电机磁场旋转位置θn的计算公式为：
Figure FDA0002539259200000023
式中，θx为所述电角度区间的初始位置，其取值如下：
Figure FDA0002539259200000024
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557901A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 重庆邮电大学 一种基于多相磁电感应的精密微电机检测装置及方法
CN112600479A (zh) * 2021-01-25 2021-04-02 季华实验室 磁极初始位置辨识的方法、装置、存储介质及设备
CN113960470A (zh) * 2021-08-24 2022-01-21 北京金风慧能技术有限公司 发电机轴电流的检测方法及装置
WO2022247051A1 (zh) * 2021-05-25 2022-12-01 精进电动科技股份有限公司 一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5785590A (en) * 1980-11-17 1982-05-28 Toyo Electric Mfg Co Ltd Rotor position detecting system for rotary electric machine
CN102347722A (zh) * 2010-08-06 2012-02-08 上海开通数控有限公司 直线同步电机初始磁场位置的检测方法
CN102882449A (zh) * 2012-10-22 2013-01-16 中国东方电气集团有限公司 基于霍尔位置传感器的永磁同步电机位置估计补偿方法
CN103731077A (zh) * 2014-01-21 2014-04-16 上海新世纪机器人有限公司 电机转子位置和转速的检测装置及方法
WO2014155158A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 Freescale Semiconductor, Inc. Device for determining a position of a rotor of an electric motor
CN106033946A (zh) * 2015-03-19 2016-10-19 四川长虹电器股份有限公司 空调室外风机转速及位置检测方法
CN107769636A (zh) * 2017-10-24 2018-03-06 西北工业大学 一种无位置传感器永磁同步电机转子位置检测方法
CN108400733A (zh) * 2018-04-27 2018-08-14 齐鲁工业大学 一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5785590A (en) * 1980-11-17 1982-05-28 Toyo Electric Mfg Co Ltd Rotor position detecting system for rotary electric machine
CN102347722A (zh) * 2010-08-06 2012-02-08 上海开通数控有限公司 直线同步电机初始磁场位置的检测方法
CN102882449A (zh) * 2012-10-22 2013-01-16 中国东方电气集团有限公司 基于霍尔位置传感器的永磁同步电机位置估计补偿方法
WO2014155158A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 Freescale Semiconductor, Inc. Device for determining a position of a rotor of an electric motor
CN103731077A (zh) * 2014-01-21 2014-04-16 上海新世纪机器人有限公司 电机转子位置和转速的检测装置及方法
CN106033946A (zh) * 2015-03-19 2016-10-19 四川长虹电器股份有限公司 空调室外风机转速及位置检测方法
CN107769636A (zh) * 2017-10-24 2018-03-06 西北工业大学 一种无位置传感器永磁同步电机转子位置检测方法
CN108400733A (zh) * 2018-04-27 2018-08-14 齐鲁工业大学 一种车用永磁同步电机的转子位置检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
金光哲等: "高频注入电压预估同步电机转子位置检测方法", 《中国电机工程学报》, vol. 34, no. 9, 25 March 2014 (2014-03-25), pages 1376 - 1383 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112557901A (zh) * 2020-12-01 2021-03-26 重庆邮电大学 一种基于多相磁电感应的精密微电机检测装置及方法
CN112600479A (zh) * 2021-01-25 2021-04-02 季华实验室 磁极初始位置辨识的方法、装置、存储介质及设备
WO2022247051A1 (zh) * 2021-05-25 2022-12-01 精进电动科技股份有限公司 一种电机转速冗余检测方法、电路和电机控制器
CN113960470A (zh) * 2021-08-24 2022-01-21 北京金风慧能技术有限公司 发电机轴电流的检测方法及装置

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