CN113131800B - 永磁同步电机旋变信号波动测量装置及其使用方法 - Google Patents

永磁同步电机旋变信号波动测量装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电机控制领域，具体为一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置及其使用方法。一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置，包括三相同步电机(1)，其特征是：还包括旋转变压器(2)、电机控制器(3)、上位机(4)和直流稳压电源(5)，旋转变压器(2)设于三相同步电机(1)上，三相同步电机(1)连接电机控制器(3)，旋转变压器(2)连接电机控制器(3)，电机控制器(3)连接上位机(4)，直流稳压电源(5)连接电机控制器(3)。一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：①装配；②供电；③控制；④采集；⑤计算。本发明测试精确。

Description

永磁同步电机旋变信号波动测量装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及电机控制领域，具体为一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置及其使用方法。
背景技术
电机转子的位置信息直接影响着电机转矩、速度控制的精度和动态性能，需要安装位置传感器来获得电机转子的准确位置，通常使用旋转变压器来实现。在实际运行过程中，由于电磁干扰，旋转变压器的开发以及安装公差等因素的影响，电机转子的位置信号采集将会出现波动，而其波动将会影响电机转矩、速度控制的精度和动态性能，进而影响NVH、EMC等各项性能测试。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种测试精确的的控制方法，本发明公开了一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置，包括三相同步电机，其特征是：还包括旋转变压器、电机控制器、上位机和直流稳压电源，
旋转变压器设于三相同步电机上，三相同步电机的U相端、V相端和W相端分别通过通信线束连接电机控制器，旋转变压器的激励信号端、正弦信号端和余弦信号端分别通过通信线束连接电机控制器，电机控制器通过通信线束连接上位机，直流稳压电源通过动力线束分别连接电机控制器的正极端和负极端。
所述的永磁同步电机旋变信号波动测量装置，其特征是：三相同步电机选用三相永磁同步电机，上位机选用微机，电机控制器和上位机之间的通信接口选用CANH和CANL。
所述的永磁同步电机旋变信号波动测量装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 装配：将被测的三相同步电机通过夹具固定在台架上，在三相同步电机上设有旋转变压器，用通信线束分别将三相同步电机的U相端、V相端和W相端连接至电机控制器，用通信线束分别将旋转变压器的激励信号端、正弦信号端和余弦信号端连接至电机控制器，用通信线束连接电机控制器和上位机，用动力线束分别将电机控制器的正极端和负极端连接至直流稳压电源；
② 供电：通过直流稳压电源对电机控制器供电；
③ 控制：上位机向电机控制器发送控制指令，设定电流环模式、固定电流及频率，电机控制器通过FOC控制三相同步电机，使三相同步电机保持在指定转速；
④ 采集：当三相同步电机转速稳定时，电机控制器采集旋转变压器的硬解码数据θi并通过通信线束将所述硬解码数据θi传输至上位机，θi即指第i个采集到的硬解码数据；
⑤ 计算：上位机(4)解析接收到的硬解码数据θi，计算得到最大角度变化量的波动量θerr_Max，
Δθ=360
Figure DEST_PATH_IMAGE001
——(a)，(a)式中，fn为三相同步电机(1)的频率，fk为电机控制器(3)的采集频率，Δθ为相邻两次采样角度的理论变化量，
θerri=(θi-θi-1)—(b)，(b)式中，θerri即指第i与第i-1次采样角度的变化量，
θerr_Max=Max(θerr2,θerr3,…,θerrn-1,θerrn)-min(θerr2,θerr3,…,θerrn-1,θerrn)—(c)，(c)式中，θerr_max为实测最大角度变化量的波动量，i和n都为正整数，且1<i≤n，
对θerri作傅里叶变换，将θerri从时域转换到频域，
根据Y=fft(X)，用快速傅里叶变换（即FFT算法）计算X的离散傅里叶变换（即DFT算法），对于长度为n的X和Y，快速傅里叶变换定义如下：
Y=fft(X)实现傅里叶变换，X=ifft(Y)实现傅里叶逆变换，对于长度为n的X和Y，傅里叶变换和傅里叶逆定义如下：
Y(k)=
Figure 713053DEST_PATH_IMAGE002
——(a)，
X(j)=
Figure DEST_PATH_IMAGE003
——(b)，
式(a)和式(b)中，Wn=EXP(-
Figure 95974DEST_PATH_IMAGE004
)，是n次根之一，EXP(x)是ex的另一种写法。
所述的永磁同步电机旋变信号波动测量装置的使用方法，其特征是：步骤①时，三相同步电机选用三相永磁同步电机，上位机选用微机，电机控制器和上位机之间通过CANH和CANL的通信线束连接。
本发明通过为电机控制器供电，通过设置合适的电压值，使电机控制器能正常工作，通过FOC控制电机稳定运行在特定转速，此时采集旋变信号即电机角度信号，然后通过电机控制器进行硬解码后经过CAN通讯输送到上位机进行计算，即可得出电机角度信号的波动量及其谐波分量分布，以此可判断旋变信号是否可信，产品是否合格，避免后期改善所带来的损失，同时亦可成为一项电机厂的电机下线测试项，避免产品交付使用时出现安全事故。
附图说明
图1是本发明的连接原理图，
图2是本发明使用时经过计算获得的频谱图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置，包括三相同步电机1、旋转变压器2、电机控制器3、上位机4和直流稳压电源5，如图1所示，具体结构是：
旋转变压器2设于三相同步电机1上，三相同步电机1的U相端、V相端和W相端分别通过通信线束连接电机控制器3，旋转变压器2的激励信号端、正弦信号端和余弦信号端分别通过通信线束连接电机控制器3，电机控制器3通过通信线束连接上位机4，直流稳压电源5通过动力线束分别连接电机控制器3的正极端和负极端。
本实施例中：三相同步电机1选用三相永磁同步电机，上位机4选用微机，电机控制器3和上位机4之间的通信接口选用CANH和CANL。
本实施例使用时，按如下步骤依次实施：
① 装配：将被测的三相同步电机1通过夹具固定在台架上，在三相同步电机1上设有旋转变压器2，用通信线束分别将三相同步电机1的U相端、V相端和W相端连接至电机控制器3，用通信线束分别将旋转变压器2的激励信号端、正弦信号端和余弦信号端连接至电机控制器3，用通信线束连接电机控制器3和上位机4，用动力线束分别将电机控制器3的正极端和负极端连接至直流稳压电源5；
其中：三相同步电机1选用三相永磁同步电机，作为被测对象，
电机控制器3集成有信号发生电路用于产生旋转变压器2所用的激励信号，电机控制器3还集成旋变信号解码硬件电路，以对旋转变压器2的信号进行硬解码，
上位机4选用微机，上位机4用于接收数据信号以及发送指令控制系统运行，并负责将接收到的数据信号进行二次处理，计算得出三相同步电机1角度信号的波动量及其谐波分量，为分析产品是否合格提供数据支撑，
电机控制器3和上位机4之间通过CANH和CANL的通信线束连接，
直流稳压电源5用于为电机控制器3供电；
② 供电：通过直流稳压电源5对电机控制器3供电；
③ 控制：上位机4向电机控制器3发送控制指令，设定电流环模式、固定电流及频率，电机控制器3通过FOC控制三相同步电机1，使三相同步电机1保持在指定转速；
④ 采集：当三相同步电机1转速稳定时，电机控制器3采集旋转变压器2的硬解码数据θi并通过通信线束将所述硬解码数据θi传输至上位机4，θi即指第i个采集到的硬解码数据；
⑤ 计算：上位机(4)解析接收到的硬解码数据θi，计算得到最大角度变化量的波动量θerr_Max，
Δθ=360
Figure 764853DEST_PATH_IMAGE001
——(a)，(a)式中，fn为三相同步电机(1)的频率，fk为电机控制器(3)的采集频率，Δθ为相邻两次采样角度的理论变化量，
θerri=(θi-θi-1)—(b)，(b)式中，θerri即指第i与第i-1次采样角度的变化量，
θerr_Max=Max(θerr2,θerr3,…,θerrn-1,θerrn)-min(θerr2,θerr3,…,θerrn-1,θerrn)—(c)，(c)式中，θerr_max为实测最大角度变化量的波动量，i和n都为正整数，且1<i≤n，
对θerri作傅里叶变换，将θerri从时域转换到频域，
根据Y=fft(X)，用快速傅里叶变换（即FFT算法）计算X的离散傅里叶变换（即DFT算法），对于长度为n的X和Y，快速傅里叶变换定义如下：
Y=fft(X)实现傅里叶变换，X=ifft(Y)实现傅里叶逆变换，对于长度为n的X和Y，傅里叶变换和傅里叶逆定义如下：
Y(k)=
Figure 695900DEST_PATH_IMAGE002
——(a)，
X(j)=
Figure 450229DEST_PATH_IMAGE003
——(b)，
式(a)和式(b)中，Wn=EXP(-
Figure 374192DEST_PATH_IMAGE004
)，是n次根之一，EXP(x)是ex的另一种写法。
本实施例利用MATLAB的plot函数进行绘图，得出θerri信号的频谱图，可对其谐波分量进行分析。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机旋变信号波动测量装置的使用方法，所述的永磁同步电机旋变信号波动测量装置包括三相同步电机(1)、旋转变压器(2)、电机控制器(3)、上位机(4)和直流稳压电源(5)，
旋转变压器(2)设于三相同步电机(1)上，三相同步电机(1)的U相端、V相端和W相端分别通过通信线束连接电机控制器(3)，旋转变压器(2)的激励信号端、正弦信号端和余弦信号端分别通过通信线束连接电机控制器(3)，电机控制器(3)通过通信线束连接上位机(4)，直流稳压电源(5)通过动力线束分别连接电机控制器(3)的正极端和负极端；
三相同步电机(1)选用三相永磁同步电机，上位机(4)选用微机，电机控制器(3)和上位机(4)之间的通信接口选用CANH和CANL；
其特征是：按如下步骤依次实施：
①装配：将被测的三相同步电机(1)通过夹具固定在台架上，在三相同步电机(1)上设有旋转变压器(2)，用通信线束分别将三相同步电机(1)的U相端、V相端和W相端连接至电机控制器(3)，用通信线束分别将旋转变压器(2)的激励信号端、正弦信号端和余弦信号端连接至电机控制器(3)，用通信线束连接电机控制器(3)和上位机(4)，用动力线束分别将电机控制器(3)的正极端和负极端连接至直流稳压电源(5)；
三相同步电机(1)选用三相永磁同步电机，上位机(4)选用微机，电机控制器(3)和上位机(4)之间通过CANH和CANL的通信线束连接；
②供电：通过直流稳压电源(5)对电机控制器(3)供电；
③控制：上位机(4)向电机控制器(3)发送控制指令，设定电流环模式、固定电流及频率，电机控制器(3)通过FOC控制三相同步电机(1)，使三相同步电机(1)保持在指定转速；
④采集：当三相同步电机(1)转速稳定时，电机控制器(3)采集旋转变压器(2)的硬解码数据θi并通过通信线束将所述硬解码数据θi传输至上位机(4)，θi即指第i个采集到的硬解码数据；
⑤计算：上位机(4)解析接收到的硬解码数据θi，计算得到最大角度变化量的波动量θerr_Max，
Δθ=360
Figure 320261DEST_PATH_IMAGE001
——(a)，(a)式中，fn为三相同步电机(1)的频率，fk为电机控制器(3)的采集频率，Δθ为相邻两次采样角度的理论变化量，
θerri=(θi-θi-1)—(b)，(b)式中，θerri即指第i与第i-1次采样角度的变化量，
θerr_Max=Max(θerr2,θerr3,…,θerrn-1,θerrn)-min(θerr2,θerr3,…,θerrn-1,θerrn)—(c)，(c)式中，θerr_max为实测最大角度变化量的波动量，i和n都为正整数，且1<i≤n，
对θerri作傅里叶变换，将θerri从时域转换到频域，
根据Y=fft(X)，用快速傅里叶变换（即FFT算法）计算X的离散傅里叶变换（即DFT算法），对于长度为n的X和Y，快速傅里叶变换定义如下：
Y=fft(X)实现傅里叶变换，X=ifft(Y)实现傅里叶逆变换，对于长度为n的X和Y，傅里叶变换和傅里叶逆定义如下：
Y(k)=
Figure 750105DEST_PATH_IMAGE002
——(a)，
X(j)=
Figure 991731DEST_PATH_IMAGE003
——(b)，
式(a)和式(b)中，Wn=EXP(-
Figure 204537DEST_PATH_IMAGE004
)，是n次根之一，EXP(x)是ex的另一种写法。
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Denomination of invention: Measurement device and usage method for fluctuation of rotary signal in permanent magnet synchronous motor

Effective date of registration: 20231113

Granted publication date: 20221227

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Branch

Pledgor: GLOBAL INTELLIGENT POWER TECHNOLOGY (SHANGHAI) CO.,LTD.

Registration number: Y2023310000730