CN116614045A - 永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统 - Google Patents

永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统，其中方法包括：获取旋转变压器的正弦信号和余弦信号；根据正弦信号和余弦信号获取直流信号和基频信号；根据正弦信号、余弦信号和直流信号，获取旋转变压器的直流偏差；根据正弦信号和余弦信号，获取旋转变压器的正交偏差；根据直流偏差获取正弦信号和余弦信号的直流电压补偿量；根据直流电压补偿量和旋转变压器的正交偏差对正弦信号和余弦信号进行补偿。本实施例提供的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统，通过对旋变直流信号和基频信号处理，计算出故障偏差信号并给出补偿方法。

Description

永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统。
背景技术
目前市场上新能源车使用最多的电机是永磁同步电动机(Permanent MagnetSynchronous Motor，PMSM)和交流感应(异步)电动机两种，而永磁同步电动机又是两种当中的主流。
目前车用永磁同步电机均使用旋转变压器作为转子位置传感器，并且随着电机控制的主控芯片的计算能力越来越强，软件解码已经逐渐代替原先的专有芯片的硬件解码。在主控芯片采样、解包络的过程中存在着各种非理想偏差，例如，幅值偏差、正交偏差、直流偏差、谐波偏差。这些偏差不处理直接送入锁相环会导致输出角度的波动，进一步使得PMSM的DQ轴电流波动，严重的情况下可能导致高速时电流环饱和失控。常见的方法是采用锁相环矫正，但是锁相环需要准确设计锁相环的参数，且参数对正交信号的频率有强依赖性，同样的参数，不同频率下鲁棒性较差。
因此，如何设计一种永磁同步电机偏差补偿方法，以提高锁相环补偿方法鲁棒性，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统，以解决现有技术中采用锁相环补偿永磁同步电机偏差控制存在鲁棒性较差的问题。
本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，包括：
获取旋转变压器的正弦信号和余弦信号；
根据正弦信号和余弦信号获取直流信号和基频信号；
根据正弦信号、余弦信号和直流信号，获取旋转变压器的直流偏差；
根据正弦信号和余弦信号，获取旋转变压器的正交偏差；
根据直流偏差获取正弦信号和余弦信号的直流电压补偿量；
根据直流电压补偿量和旋转变压器的正交偏差对正弦信号和余弦信号进行补偿。
可选地，根据正弦信号和余弦信号获取直流信号和基频信号，包括：
在一个采样周期内设置N个采样点，对正弦信号和余弦信号进行数据采样；
基于提取基频倍数k对正弦信号和余弦信号进行离散傅里叶变换计算：
取0倍基频，得到直流信号：
其中，x(n)为正弦信号和余弦信号的第n个采样值；n∈N。
可选地，根据正弦信号和余弦信号获取直流信号和基频信号，还包括：
基于所有采样值x(n)，获取正弦信号对应的正弦基频分量A和余弦信号对应的余弦基频分量B：
根据正弦分量和余弦分量获取基频信号：
Xbase＝A+Bj
其中，Xbase为基频信号；j表示复数。
可选地，根据正弦信号、余弦信号和直流信号，获取旋转变压器的直流偏差，包括：
获取一个周期内每个采样值对应的正弦信号电压值和余弦信号电压值；
对所有采样值对应的正弦信号电压值求和，得到一个周期内的正弦直流偏差；
对所有采样值对应的余弦信号电压值求和，得到一个周期内的余弦直流偏差。
可选地，根据正弦信号、余弦信号和基频信号，获取旋转变压器的正交偏差，包括：
对正弦信号进行一个周期的信号采样，得到正弦采样信号；
对余弦信号进行一个周期的信号采样，得到余弦采样信号；
根据正弦采样信号和余弦采样信号获取正交分量；
根据正交分量计算出正交偏差。
可选地，根据直流偏差获取正弦信号和余弦信号的直流电压补偿量，包括：
获取正弦采样信号和正弦直流偏差的第一差值；
根据第一差值和正交分量获取正弦信号的直流电压补偿量；
获取余弦采样信号和余弦直流偏差的第二差值；
根据第二差值和正交分量获取余弦信号的直流电压补偿量。
可选地，根据直流电压补偿量和旋转变压器的正交偏差对正弦信号和余弦信号进行补偿，包括：
根据正弦信号的直流电压补偿量、正交偏差的余弦量和正交偏差的正弦量获取补偿后的正弦信号。
本发明还提供了一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿控制系统，采用前述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，包括：
信号采集模块，用于采集旋转变压器的正弦信号和余弦信号；
离散傅里叶变换模块，用于将旋转变压器的正弦信号和余弦信号离散化；
信号补偿模块，用于根据离散化后的旋转变压器的正弦信号和余弦信号计算补偿量，并对旋转变压器的正弦信号和余弦信号进行补偿；
锁相环模块，根据补偿后的旋转变压器的正弦信号和余弦信号计算得到永磁同步电机的转子位置。
本发明实施例的有益效果：
1、本实施例提供的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统，通过对旋变直流信号和基频信号处理，计算出故障偏差信号并给出补偿方法，提高了软解码旋转变压器的质量。
2、通过采用离散傅里叶变换技术克服了单一锁相环矫正，对正交信号的频率有强依赖性、鲁棒性差的问题。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明实施例中一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法的流程图；
图2示出了本发明实施例中一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿控制系统的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，如图1所示，包括：
步骤S10，获取旋转变压器的正弦信号和余弦信号。
步骤S20，根据正弦信号和余弦信号获取直流信号和基频信号。
在本实施例中，在一个采样周期内设置N个采样点，对正弦信号和余弦信号进行数据采样；基于提取基频倍数k对正弦信号和余弦信号进行离散傅里叶变换计算：
取0倍基频，得到直流信号：
其中，x(n)为正弦信号和余弦信号的第n个采样值；n∈N。旋转变压器输出正弦信号和余弦信号，基于时间坐标轴，x(n)表示在同一时间点对正弦信号和余弦信号分别采样，即同一时间有两个采样值，分别为正弦采样和余弦采样。
利用离散傅里叶变换计算正弦信号和余弦信号的基频信号Xbase的计算方法包括：
基于所有采样值x(n)，获取正弦信号对应的正弦基频分量A和余弦信号对应的余弦基频分量B：
根据正弦分量和余弦分量获取基频信号：
Xbase＝A+Bj
其中，Xbase为基频信号；j表示复数。
步骤S30，根据正弦信号、余弦信号和直流信号，获取旋转变压器的直流偏差。
在本实施例中，获取一个周期内每个采样值对应的正弦信号电压值和余弦信号电压值；对所有采样值对应的正弦信号电压值求和，得到一个周期内的正弦直流偏差；对所有采样值对应的余弦信号电压值求和，得到一个周期内的余弦直流偏差。
在具体实施方式中，计算旋转变压器的直流偏差计算方法包括：
其中，Dsin，Dcos分别为正弦直流偏差和余弦直流偏差；xsin(n)，xcos(n)分别为当前的旋转变压器正弦信号电压值和余弦信号电压值。
步骤S40，根据正弦信号和余弦信号，获取旋转变压器的正交偏差。
在本实施例中，对正弦信号进行一个周期的信号采样，得到正弦采样信号；对余弦信号进行一个周期的信号采样，得到余弦采样信号；根据正弦采样信号和余弦采样信号获取正交分量；根据正交分量计算出正交偏差。
在具体实施方式中，计算旋转变压器的正交偏差Perr计算方法包括：
其中，Asin，Bcos为正交分量，xsin(n)，xcos(n)分别为当前的旋转变压器正弦信号、余弦信号电压值，对应前述的正弦采样和余弦采样。
步骤S50，根据直流偏差获取正弦信号和余弦信号的直流电压补偿量。
在本实施例中，获取正弦采样信号和正弦直流偏差的第一差值；根据第一差值和正交分量获取正弦信号的直流电压补偿量；获取余弦采样信号和余弦直流偏差的第二差值；根据第二差值和正交分量获取余弦信号的直流电压补偿量。
在具体实施方式中，计算正弦信号的电压补偿量、余弦信号的直流电压补偿量的方法包括：
其中，xsin’(n)，xcos’(n)为直流偏差补偿量。
步骤S60，根据直流电压补偿量和旋转变压器的正交偏差对正弦信号和余弦信号进行补偿。
在本实施例中，根据正弦信号的直流电压补偿量、正交偏差的余弦量和正交偏差的正弦量获取补偿后的正弦信号。
在具体实施方式中，补偿后的正弦信号、余弦信号的计算方法包括：
xcos”(n)＝xcos'(n)
其中，xsin”(n)，xcos”(n)为补偿后的正弦信号和余弦信号。
计算得到补偿后的正弦和余弦信号后，采用锁相环计算得到的永磁同步电机转子位置，实现永磁同步电机的控制。
本实施例提供的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法及控制系统，通过对旋变直流信号和基频信号处理，计算出故障偏差信号并给出补偿方法，提高了软解码旋转变压器的质量。此外，通过采用离散傅里叶变换技术克服了单一锁相环矫正，对正交信号的频率有强依赖性、鲁棒性差的问题。
本发明实施例还提供了一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿控制系统，采用前述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，如图2所示，包括信号采集模块、离散傅里叶变换模块、信号补偿模块和锁相环模块，其中：信号采集模块用于采集旋转变压器的正弦信号和余弦信号；离散傅里叶变换模块用于将旋转变压器的正弦信号和余弦信号离散化；信号补偿模块用于根据离散化后的旋转变压器的正弦信号和余弦信号计算补偿量，并对旋转变压器的正弦信号和余弦信号进行补偿；锁相环模块根据补偿后的旋转变压器的正弦信号和余弦信号计算得到永磁同步电机的转子位置。
上述永磁同步电机转子位置传感器故障补偿控制系统具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，包括：
获取旋转变压器的正弦信号和余弦信号；
根据所述正弦信号和所述余弦信号获取直流信号和基频信号；
根据所述正弦信号、所述余弦信号和所述直流信号，获取所述旋转变压器的直流偏差；
根据所述正弦信号和所述余弦信号，获取所述旋转变压器的正交偏差；
根据所述直流偏差获取所述正弦信号和所述余弦信号的直流电压补偿量；
根据所述直流电压补偿量和所述旋转变压器的正交偏差对所述正弦信号和所述余弦信号进行补偿。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，根据所述正弦信号和所述余弦信号获取直流信号和基频信号，包括：
在一个采样周期内设置N个采样点，对所述正弦信号和所述余弦信号进行数据采样；
基于提取基频倍数k对所述正弦信号和所述余弦信号进行离散傅里叶变换计算：
取0倍基频，得到所述直流信号：
其中，x(n)为所述正弦信号和所述余弦信号的第n个采样值；n∈N。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，根据所述正弦信号和所述余弦信号获取直流信号和基频信号，还包括：
基于所有采样值x(n)，获取所述正弦信号对应的正弦基频分量A和所述余弦信号对应的余弦基频分量B：
根据所述正弦分量和所述余弦分量获取所述基频信号：
Xbase＝A+Bj
其中，Xbase为所述基频信号；j表示复数。
4.根据权利要求2所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，根据所述正弦信号、所述余弦信号和所述直流信号，获取所述旋转变压器的直流偏差，包括：
获取一个周期内每个所述采样值对应的正弦信号电压值和余弦信号电压值；
对所有所述采样值对应的所述正弦信号电压值求和，得到一个周期内的正弦直流偏差；
对所有所述采样值对应的所述余弦信号电压值求和，得到一个周期内的余弦直流偏差。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，根据所述正弦信号、所述余弦信号和所述基频信号，获取所述旋转变压器的正交偏差，包括：
对所述正弦信号进行一个周期的信号采样，得到正弦采样信号；
对所述余弦信号进行一个周期的信号采样，得到余弦采样信号；
根据所述正弦采样信号和所述余弦采样信号获取正交分量；
根据所述正交分量计算出所述正交偏差。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，根据所述直流偏差获取所述正弦信号和所述余弦信号的直流电压补偿量，包括：
获取所述正弦采样信号和所述正弦直流偏差的第一差值；
根据所述第一差值和所述正交分量获取所述正弦信号的直流电压补偿量；
获取所述余弦采样信号和所述余弦直流偏差的第二差值；
根据所述第二差值和所述正交分量获取所述余弦信号的直流电压补偿量。
7.根据权利要求6所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，根据所述直流电压补偿量和所述旋转变压器的正交偏差对所述正弦信号和所述余弦信号进行补偿，包括：
根据所述正弦信号的直流电压补偿量、所述正交偏差的余弦量和所述正交偏差的正弦量获取补偿后的正弦信号。
8.一种永磁同步电机转子位置传感器故障补偿控制系统，采用如权利要求1～7任一所述的永磁同步电机转子位置传感器故障补偿方法，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集旋转变压器的正弦信号和余弦信号；
离散傅里叶变换模块，用于将所述旋转变压器的正弦信号和余弦信号离散化；
信号补偿模块，用于根据离散化后的所述旋转变压器的正弦信号和余弦信号计算补偿量，并对所述旋转变压器的正弦信号和余弦信号进行补偿；
锁相环模块，根据补偿后的所述旋转变压器的正弦信号和余弦信号计算得到永磁同步电机的转子位置。
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