CN117561452A - 用于使用转子位置计算直交零合成驱动向量的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种测试和测量仪器包括：一个或多个传感器，被配置成测量由模拟三相信号驱动的同步机器的机械位置；转换器，用于根据所测量的机械位置确定瞬时电角度；变换器，被配置成基于所述瞬时电角度来生成DQ0信号；以及向量发生器，被结构化成从所述DQ0信号产生合成向量。还描述了方法。

Description

用于使用转子位置计算直交零合成驱动向量的系统和方法
技术领域
本公开涉及测试和测量系统，且更具体涉及用于测量和显示与电动机操作和其他同步机器有关的测量信息的测试和测量系统。
背景技术
直交零(Direct Quadrature Zero,DQ0)信息的表示帮助用户测试和测量与电机操作和其他同步机器有关的信息。具体地，DQ0是下述变换：其旋转交流(AC)波形的参考系以将它们转换成直流(DC)信号。这些DC信号上的操作对同步机器(诸如，电机)的性能的分析进行简化。
尽管呈现DQ0向量的信息允许用户确定与DQ0向量有关的位置和其他信息，但目前系统缺少随着电机和同步机器的DQ0向量随时间变化(尤其是由于动态负载所致的变化)而分析它们的任何能力，这是由于DQ向量与电机中的转子磁体的实际实时位置不相关。
本公开实施例解决了传统测试和测量系统的这些和其他限制。
附图说明
图1A和1B图示了根据本公开的示例性实现方式的转子定子结构，具有针对机械反馈的霍尔传感器。
图2图示了根据本公开的示例性实现方式的描绘DQ0的图形图。
图3是图示了根据本公开的示例性实现方式的用于计算直交零合成驱动向量的系统的部件的功能框图。
图4A图示了根据本公开的示例性实现方式的包括针对机械反馈的霍尔传感器的两极对(四极)电机。
图4B图示了根据本公开的示例性实现方式的包括针对机械反馈的霍尔传感器的四极对(八极)电机。
图5是根据本公开的示例性实现方式的描绘霍尔传感器过渡的曲线图。
图6是根据本公开的示例性实现方式的描绘A-B-C相位反EMF和与霍尔传感器信号的比较的图形表示。
图7是根据本公开的示例性实现方式的描绘QEI功能框的光学解码器部件的示意图。
图8是根据本公开的示例性实现方式的描绘由图7的光学解码器部件生成的QEI过渡的曲线图。
图9是根据本公开的示例性实现方式的描绘针对QEI过渡的瞬时角度观察结果的曲线图。
图10A是根据本公开的示例性实现方式的图示了DQ0和合成向量的相量图。
图10B是根据本公开的示例性实现方式的图示了经滤波的DQ0和合成向量的相量图。
图11是根据本公开的示例性实现方式的包括模板阈值的相量图。
图12是根据本公开的示例性实现方式的图示了通量和扭矩轴的相量图。
图13、14A、14B和15图示了根据本公开的示例性实现方式的组合相量和波形图。
图16是根据本公开的示例性实现方式的除相量和波形图外还可向用户呈现的示例标量输出。
图17是图示了根据本公开的示例性实现方式的包括用于使用转子位置计算直交零合成向量的系统和方法的测试和测量设备的功能框的框图。
图18A和18B图示了根据本公开的示例性实现方式的用户可操作以设置和配置并入有直交零合成向量的测试系统的示例配置屏幕。
图19图示了根据本公开的示例性实现方式的用于配置测试系统中的模板设置的示例配置屏幕。
具体实施方式
本公开的各种实施例描述了用于使用转子位置确定直交零合成驱动向量RDQ的系统和方法。它进一步提供了用于显示和允许在工业环境中与合成驱动向量显示器的用户交互的改进系统和方法。
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了具体细节以便提供本公开的理解。然而，对本领域技术人员来说将明显的是，可以在没有这些细节的情况下实践本公开。本领域技术人员应当认识到，下面描述其中一些的本公开实施例可以被并入到多个系统中。
然而，系统和方法不限于本文描述的具体实施例。进一步地，图中所示的结构和设备图示了本公开的示例性实施例且意在避免使本公开模糊。
应当注意，描述仅仅说明了本公开的原理。因此，应当领会，本领域技术人员将能够设计出各种布置，尽管本文未明确描述，但该各种布置体现了本发明的原理。此外，本文记载的所有示例主要明确意在仅用于解释性目的，以帮助读者理解本发明的原理和由发明人对促进现有技术而贡献的构思，并且本文记载的所有示例应被理解为不限于这种具体记载的示例和条件。此外，本文记载本发明的原理、方面和实施例以及其具体示例的所有声明意在涵盖其等同物。
电机由定子绕组和永磁体转子构成。转子相对于电机主体而自旋，而定子绕组是静止的。定子绕组由生成电信号以驱动电机的外部电子器件控制(换向)。由驱动信号生成的绕组电流通过与转子的永磁体相互作用来在转子上产生扭矩，并且这保持电机运行。
根据本公开实施例，图1A是图示了内转电机100的部件的图，而图1B是图示了外转电机150的部件的图。在该实施例中，每个电机100、150包括三相电磁体A、B、C，并且每个电机包括三个传感器，诸如霍尔传感器H1、H2和H3。还示出了定子。到电磁体A、B和C的位置和电连接基于电机是内转还是外转而不同。电磁体A被视为处于旋转的0度。
A、B和C表示来自定子的3相电磁体，其中A被视为处于用于表示的0度。
图2图示了用于分析电机操作的DQ参考系。DQ参考系包括直(D)轴210和交(Q)轴220，且被视为固定到电机的转子。D轴210是被应用于电机的DC场的方向上的场绕组的轴，而Q轴220与D轴偏移90度。A、B和C转子相位的轴也被图示为轴230、240和250。这些轴彼此偏移120度。通过应用下面描述的DQ0变换，由驱动电机的电信号导致的电机的时变电感变为辅助分析的常量。
图3是如下所描述的用于使用DQ0变换生成合成向量RDQ的向量生成电路300的框图。驱动器310发送用于驱动电机320的脉冲宽度调制(PWM)信号X、Y、Z。索引脉冲Z的上升沿对准到相位A线圈，其表示0度转子角度。PWM信号X、Y和Z被馈送到Park-Clarke框330内的变换功能332。PWM信号X、Y和Z可以表示电流或电压。如下所描述，在本公开实施例中，还可以提供如通过霍尔效应传感器、正交编码器接口(QEI)或旋转变压器而生成的与自旋电机320的机械方面有关的信息340，以给出与可结合电气方面而使用的电机旋转有关的机械反馈，以将附加信息提供给用户。
一般地，DQ0变换框从驱动器310接收三相电压或三相电流信号，并应用矩阵变换，以产生DC DQ0波形。Park-Clarke框330执行Clarke和Parke变换两者以形成DQ0变换。然后，下面描述的变换矩阵将时变AC信号转换成时不变DC分量。可以使用专门硬件或者在专用或通用处理器上运行的软件来体现Park-Clarke框330或者子框332、334和336中的任一个。
对于将A相位(即，A线圈的相位)对准到D轴，使用下面的变换：
其中A、B和C可以被认为是电流(IA，B，C(t))或电压(VAN，BN，CN(t))。这些可以通过连接线路342而供给到Park-Clarke框330。
A(t)、B(t)和C(t)信号是来自驱动器310的三相输出。D(t)、Q(t)和o(t)是每个采样点处的经变换的信号，其中t是采样时间并从t＝0+Δt开始……水平持续时间。而且，θele是在框334中根据从来自电机320的下面描述的三个霍尔传感器、QEI输出或旋转变压器输出的输入而确定的电角度。
感兴趣的合成向量是在框336中确定的，其被计算为：
其中n是从0至N-1的数，并且其中N是获取中的采样点的总数。
根据本公开的实施例可以使用计算电机320的转子的角位置的至少三个不同方法：霍尔传感器方法、QEI方法和传感器方法。将依次描述每个方法。
在霍尔方法实施例中，一般地，一个或多个霍尔传感器检测磁场并输出与其量值成比例的模拟信号。例如，在2极电机的情况下，通过在定子的面向转子的磁极的侧上以120度间隔布置三个霍尔传感器来每60度检测转子位置是可能的。
参考回图1A和1B，每个所图示的电机100、150包括三个霍尔传感器H1、H2和H3，其彼此偏移120度而定位，且被定位在邻近的三相电磁体A、B和C之间的中途。霍尔传感器或霍尔效应传感器使用霍尔效应来检测存在和磁场。一般地，霍尔传感器生成表示传感器自身周围的瞬时电场的电信号。
因此，随着电机100、150自旋，霍尔传感器H1、H2和H3测量磁场并生成表示磁场的强度的电信号。
图4A和4B图示了在本公开实施例中可以如何使用霍尔传感器。图4A图示了具有顺时针方向的二极对(四极)电机400。在该电机400中，存在四个转子磁场N1、N2、S1和S2。电机400的定子绕组围绕生成磁场的转子磁体。图4B中图示的电机450是具有八个磁场N1、N2、N3、N4、S1、S2、S3和S4的四极对(八极)电机。霍尔传感器霍尔A、霍尔B和霍尔C是彼此相隔120度静态布置的，且分别被安装在0度、120度和240度的角度处。当转子磁体之一穿过霍尔轴时，磁体和霍尔传感器将对准。参考图4A，N1在它穿过传感器时在霍尔传感器A中产生上升沿。在120度的机械角度延迟之后，N1然后穿过霍尔B传感器。因此，当霍尔B传感器由于该穿过而给出上升沿时，这意味着：转子角位置已经从0参考点移位120度。在八极电机450中，诸如图4B中所示，八个磁体N1-S1-N2-S2-N3-S3-N4-S4将在以相同机械速度运行时与四极电机400相比两倍快(2x)地穿过霍尔传感器。
图5是图示了图4A和4B的电机400、450中的任一个的霍尔传感器输出H1、H2和H3的上升沿和下降沿过渡的曲线图。表1示出了随着电机自旋整个转动而如从0度参考的转子的旋转角。在表1中还图示了霍尔A、霍尔B和霍尔C传感器的状态以及图5中图示的其相关换向步骤。参考图5和表1，存在六个换向步骤。对于四极对电机，将存在针对电机的每个单个机械转动的四个电循环，每个具有六个换向步骤。这对于无刷DC(BLDC)电机和相关电机驱动器而言是典型的。
电角度(度) 霍尔状态 换向步骤
0-60 (1,0,1) 1
60-120 (1,0,0) 2
120-180 (1,1,0) 3
180-240 (0,1,0) 4
240-300 (0,1,1) 5
300-360 (0,0,1) 6
表1
通过评估来自每个霍尔传感器输出的上升沿和下降沿，可以到达并确定电机在任何时间处的相对机械角度。电机或电机驱动电路的每个电循环可以被视为360度。利用三个霍尔传感器输出，生成六步换向。因此，霍尔传感器输出的任何两个连续沿之间的转子角度是60度。
如果霍尔传感器A在图5中被认为是参考，那么霍尔A输出的每个上升沿将对应于0度电角度。由于这是在电域中，因此这不会对转子磁体中的任一个来说是特定的。换言之，穿过霍尔A传感器的磁体中的每一个将生成上升脉冲。并且，当电机运行时，很难说霍尔传感器H1上升沿对应于哪个磁体。根据本公开的实施例使用反电动势(EMF)确定来确定哪个极与哪个霍尔传感器对准。
电机和发电机非常类似，且一般具有相同构造。发电机将机械能转换成电能，而电机将电能转换成机械能。当电机的线圈被接通时，磁通量改变，EMF被感应，从而使电机自旋。电机因而充当发电机，不论何时其电机旋转。不论轴是被外部输入(像皮带传动)转向还是被电机自身的动作转向，这都将发生。也就是说，当电机做工作并且其轴转向时，生成EMF。根据楞次定律，对电机供电的输入EMF将被电机自身生成的EMF(被称为电机的反EMF)阻挠，这是由于它阻挠对电机的EMF输入。
为了利用电机生成反EMF，使电机机械地旋转，从而在控制电路中生成电信号。换言之，用户机械地迫使电机自旋，并捕获由这种自旋生成的电信号。
图6图示了通过以分别由图1A和1B的电磁体A、B和C生成的A-B-C相位的形式使电机自旋而导致的所捕获的反EMF信号。图6还示出了与霍尔传感器输出对准的该反EMF。分析与A相位的反EMF对准的霍尔传感器H1信号示出了：在该图中，它与A磁体位置(也就是说，在0度处开始)对准。
在确定哪个相位与所选择的霍尔传感器信号对准之后，本公开实施例可以确定根据三个霍尔传感器信号而计算的感兴趣电角度或转子位置。该所计算的角度表示电角度θele，其可以是如上所描述的那样使用极对根据机械角度确定的。在角度确定的霍尔传感器方法中，连同来自驱动器的三个电压或电流信号一起，捕获霍尔A、B和C输出，如图3中所图示。从霍尔传感器信号输入，可以得出电机的任何状态处的转子位置(电角度)。
如上所描述，基于电机中的极对的数目，若干电循环组成一个机械循环。例如，如果电机由2个极对组成，则2个电循环组成一个机械循环。也就是说，当机械角度从0度增加到360度时，电角度从0度改变到360度两次。因此，例如，对于250度的机械角度，可以通过将机械角度乘以电机中的极对的数目来确定电角度。在该示例中，电角度将是250*2＝500度，这还表示140度(500度对360取模)。
一般地，电角度可以由下式确定：
θele＝(极对的数目*θm)％360度
等式(3)
其中％是取模函数。
参考回图3，在框334中或者在进入框334之前在框346中使用上面描述的技术确定电机在任何采样点处的机械角度。在确定转子位置的霍尔效应方法中，对框346的输入、霍尔传感器的输出确定电机的机械角度。然后，框334的输出是使用上面的等式3而确定的编码器θ输出，其为θele，该编码器θ输出然后被变换框332使用以实现上面描述的等式1。
当使用霍尔传感器实施例时，可以使用内插或者2阶多项式途径基于换向步骤中的采样数目来在很大程度上改进角分辨率。一般地，DQ0的旋转基于电机中的极对的数目。由四极对电机生成的脉冲速度高于针对相同电机速度的二极对电机的脉冲速度。
进一步地，为了简化设置，用户可以标识电机的旋转方向：顺时针和逆时针，这可以节约确定旋转方向的系统的计算步骤。
由用户提供的该信息有助于给出更好的分辨率，并且，可以在每个时间点处完成分析，而不是在霍尔传感器边沿处在离散时间点上完成分析。
对霍尔效应方法来说可替换地，根据本公开的实施例可以使用QEI方法，其使用编码器来确定电机的转子位置。QEI编码器也被称作增量或光学编码器。由QEI进行的该类型的转子确定普遍被用在永磁体同步电机(PMSM)电机中。
在QEI方法实施例中，系统通过使用具有PhA、PhB和索引Z脉冲的组合的增量编码来确定电机的轴位置。在该方法中，Z脉冲或初始化脉冲每转动出现一次，且被用作参考以建立绝对转子位置。该索引脉冲将位置计数器重置在转子磁体的零相位处。此后，基于每转动的脉冲来对脉冲A或B进行计数。
在图7中图示的该QEI实施例中，光学编码器700生成三个信号：相位A、相位B和索引脉冲(Z)，如图8中所示。这些脉冲被QEI系统使用以确定转子的瞬时位置。
光学编码器700的基本部件包括一个或多个光源710、由编码器轮720体现的光快门系统、一个或多个光传感器730和信号调节电子器件740，信号调节电子器件740接收来自光传感器730的输出并生成用于评估的电信号。光学编码器的部件连接到电机的机械组件。特别地，编码器轮720与电机自身相呼应地自旋，并且其位置可以是通过评估输出信号来确定的。
随着电机和编码器轮720自旋，来自光源710的光被解码器中的狭缝722调制，其被光传感器730捕获。由光传感器730生成的相位A由每转动N个脉冲构成。相位B与相位A相同，但基于光源710和光传感器730针对相位B下降的地方的相对位置而位移90°。使用编码器轮720中的不同狭缝模式来生成相位Z。具体地，狭缝724在0度处对准，且仅产生编码器轮720的每转动单个脉冲。因此，相位Z信号是每转动一次生成的，且被设置为参考位置。相位Z上的正脉冲指示转子磁体位置在0度处。信号调节电子器件740中的编码器从传感器输出生成电输出，产生Ph A、Ph B和索引Z电脉冲，如图7中所示。在信号调节电子器件740中产生的针对QEI的典型编码包括X1、X2和X4编码。X4编码最普遍。
由光学编码器700生成的Ph A和Ph B信号的分析确定编码器轮的旋转方向，且因而还确定电机的旋转方向。
具体地：
如果相位A领先于相位B，那么电机的方向是顺时针或正向方向。
如果相位A滞后于相位B，那么电机的方向是逆时针。
等式(4)。
图8图示了根据实施例的由光学编码器700生成以用于在QEI系统中分析的脉冲。首先，通过确定与Ph A信号对准的索引脉冲来确定转子位置。该位置被视为0度。然后，使用锁相环(PLL)，可以在Ph B沿之前确定下一个角度。
以度为单位的角度是：等式(5)
其中PPR是每转动的脉冲，并且等式5中的“4”对应于编码器分辨率，对于两通道分辨率编码器，该编码器分辨率为4。对于其他编码器，该值可以不同。G是编码器轮与电机的齿轮传动比。在许多情况下，G将等于1。
一般旋转位置(RP)＝360*沿计数/enc*N
等式(6)
其中“enc”计及所应用的编码方法。再一次，对于两通道编码器，分辨率是线计数的四倍。
例如，如果我们将PPR视为1024，则由编码器针对每轴转动而生成的脉冲的数目PPR(COUNT)是每个循环处的PPR。这是运行计数。因此，角度1是第一周期处的0.70度，并且角度2是第二周期处的～1.4度，等等。因此，角度1024是360度。
图9图示了针对所有循环的运行角度。如图9中所图示，角度值在一个完整轴旋转之后(也就是说，在下一Z脉冲索引处)重置到0。
可以通过下述操作来改进使用QEI方法的实施例的分辨率：使用增速传动，使得被监视的移动对象的一次旋转对应于编码器的码盘的若干次旋转。该改进与编码器轮720相对于电机的齿轮传动比成正比。这有助于给出更好的分辨率，并且，可以在每个时间点处连续完成分析，而不是当使用霍尔传感器方法时在霍尔传感器边沿处在离散时间点上完成分析。
除了如上所描述的确定转子位置的霍尔传感器方法和QEI方法外，根据本公开的实施例还可以使用确定瞬时转子位置的其他方法。例如，可以使用旋转变压器系统。旋转变压器是旋转的变压器，在转子上具有初级绕组且在电机的定子上具有两个次级绕组。由旋转变压器系统生成的信号包括正弦、余弦和其他参考信号。使用来自旋转变压器的输出信号来确定电机相对于定子的速度和角度，其然后可以在本发明实施例中被用作图3的框346中的机械转动表示。
利用霍尔传感器实施例、QEI方法实施例或旋转变压器实施例，本发明实施例可以提供可由用户配置的DQ0偏移。一般地，在将传感器安装在电机上时可能存在小角度误差，从而导致小的未对准。这些误差可能影响向量D、Q和合成向量RDQ的计算。DQ0和RDQ向量的组合可以被称作DQ0-R曲线图。为了补偿该误差，用户可以指定偏移配置中的电角度，其典型地将是小角度偏移，并且测量初始角度相应地得以调整。偏移可以由用户通过偏移角度补偿框348来指定。
利用反馈角度信号，测量与用于计算的参考角度对准。在QEI的情况下，它是索引脉冲，并且在霍尔传感器的情况下，它是霍尔A的第一上升沿。对于旋转变压器方法，可以使用信号分析。在无传感器的系统的情况下，边沿限定符上升沿被视为0。如果上升沿具有与用户已知的实际值的偏移，则也可以使用该配置来调整该偏移。可以使用反EMF方法或其他方法来计算偏移，并且可以使用用户输入348(图3)来录入偏移。
参考回图3，可以在框346中使用上面描述的霍尔传感器方法、QEI方法或旋转变压器方法以确定电机的机械角度。本公开实施例然后在框334中使用机械角度以确定电角度θele。然后，变换框332生成D和Q向量，并且框336生成DQ0合成向量RDQ。
在变换框332中生成D和Q合成向量之后并且在框336中产生合成向量RDQ之后，对于每个采样时间点，在相量图上坚持地将这些值累积表示给用户。该输出给用户呈现了被测试的电机或同步系统如何随时间起作用的有用信息。随着时间的推移，所描述的测试系统的输出进一步提供电机纹波的视觉表示。这凸显了由于以作为在每个转子角位置处RDQ中的改变的曲线图的形式存在的机械系统中的变化所致的不稳定性。进一步地，如下所描述，根据本公开的实施例提供了下述机制：其中所公开的系统的用户可以与视觉表示交互以检查测试结果的特定感兴趣点。
图10A图示了可使用本发明实施例而生成的示例DQ0-R相量曲线图，包括D和Q向量两者以及合成向量RDQ。图10A可以是通过针对随时间的多个采样点而绘制如上所描述的那样生成的合成向量RDQ连同图2中图示的D和Q向量来生成的。例如，图10A的相量曲线图1000可以是数百个或数千个或更多所绘制的采样点的结果。在本发明实施例中，可以使用于生成相量曲线图1000的数据经过一个或多个低通滤波器，以移除由于各种硬件和印刷电路板设计所致的测量点处的高频失真的影响。还可能存在由于高频切换转换器所致的测量系统中的电压尖峰和在电机控制器的信号路径中存在的电磁干扰(EMI)。图10B的示例曲线图1010示出了使用于生成DQ0-R相量曲线图的源经过一个或多个低通滤波器的影响。该低通滤波器将DQ0-R输出限于仅期望频率。低通滤波器可以由用户设置或调整。由于相同滤波被应用于所有源，因此在源之间未引入偏斜或引入了非常低的偏斜。示例曲线图1010图示了使用低通滤波器的优点，这是由于所得到的DQ0-R相量曲线图1010在从曲线图辨别相关数据方面比相量曲线图1000容易得多。
除了使用低通滤波器以将期望数据与无关数据分离以外，本发明实施例还可以使用模板化(masking)以证实旋转的合成向量RDQ。在图11中图示了使用模板化的相量图。在图11中，两个模板被配置成界定输出——外模板和内模板。图11的相量图图示了重叠的电机旋转，即，它图示了多个RDQ向量随时间的轨迹。注意RDQ向量中的变化如何显现为图中的纹波，这指示了电机的操作中的变化。可以在相量图上分离地标记或指示模板的违反，作为模板命中。换言之，模板被用作阈值检测器，并且当RDQ下降到内模板以下或超过外模板时，根据实施例的测量系统可以生成该阈值违反的视觉指示。可以在相量图上以其他颜色的对比色示出违反。模板可以由用户控制以设置合成向量界限。在图11的相量图中表示的DQ0-R曲线图还基于如上所描述的霍尔传感器、QEI编码器或旋转变压器输出来指示电机的旋转方向。在图11中，通过下述操作来表示电机旋转：旋转RDQ合成向量以匹配根据其而确定了RDQ合成向量的转子的角度。
图12图示了相量图中的D和Q轴，其分别表示彼此正交的电机通量和扭矩轴。在图12中呈现的信息对用户来说在检查电机或被测试的其他同步系统的操作特征时有用。
图13-16图示了DQ0-R的相量图，其还包括来自底层感测元件的数据、所计算的值、或者由本发明实施例确定的其他值。在这些相量图中，来自所有经采样的数据点的D、Q和RDQ值被示作历史值，但曲线图的实际向量仅包含最后采样点。图13图示了包括三个主要区段1310、1320和1330的显示器1300。显示器的区段1310示出了包括D向量、Q向量和合成RDQ向量的图形DQ0-R。显示器的区段1320示出了用于驱动电机的三相电信号，以及可选地作为用户偏好，检测转子的机械位置的信号，如上所描述。显示器的区段1330可以用于示出标量结果，其示例在图16中图示。
图14A和14B图示了用户使用仪器的光标或其他控件滚动通过DQ0-R图的历史数据的能力。在该实施例中，考虑本公开实施例已经收集与电机操作有关的数百个、数千个或甚至更多数据样本且已经将数据存储在储存存储器中。由于系统收集了数据，因此随着系统进行操作，在显示器1400上实时显示参考图13描述的DQ0-R相量图和其他数据。显示器1400包括与显示器1300的区段相同的三个主要区段，即，相量图1410、区段1420中的三相信号和区段1430中的标量信息。本发明实施例在获取停止模式中提供了用户可利用以遍历通过先前数据点的光标。换言之，在新数据样本已经被停止之后，历史数据保持被显示在相量图1410(诸如，图14A中图示的相量图)上。通过开启仪器上的光标控件，将光标之一链接到DQ0以及RDQ向量。然后，用户可以使用光标以遍历通过波形，诸如通过使用计算机鼠标的滚轮或者通过转动设备上的输入旋钮从而示出屏幕。当遍历波形时，基于光标的时间位置(诸如，在图14B中)来在曲线图上示出针对由用户选择的采样点的D、Q和RDQ向量。以该方式，D、Q和RDQ在不同时间点处的值可以被突出显示和分析，且还帮助用户对DQ0-R的旋转参照系进行可视化。
图15图示了示出根据本发明实施例而构建和操作的系统的实际结果的显示器1500。
图16图示了D、Q和RDQ向量的标量(即，非图形)数据结果的显示器1600。显示器1600可以是图13、14A、14B的框1330和1430的示例，且可以被包括作为图15的显示器1500的部分。
图17是本发明实施例可在其上或在其中操作的测试和测量设备1700的框图。电机或其他同步设备1780通过探测器接口1710或其他类型的接口而耦合到测试和测量设备，该其他类型的接口可以从电机1780接收信号以用于评估、测量和显示。探测器接口可以接受上面描述的信号中的任一个，诸如来自图3的驱动器310的PWM信号以及参考上面描述的霍尔传感器、QEI编码器或旋转变压器而描述的任何信号。典型地，探测器接口1710可以是到线缆的一个或多个连接器。探测器接口1710包括用于获取三相和其他信号的适当电路(未示出)，其可以包括如本领域技术人员已知的信号调节电路、模数转换器、存储器等。处理器/控制器/处理元件1720在所获取的三相信号上执行DQ0变换以产生DQ0信号，以及执行参考图3描述的机械到电气的处理。进一步地，处理器1720从D和Q向量生成合成RDQ向量。处理器1720使用DQ0和RDQ信号以测量测试中设备的性能。设备1700还可以包括：存储器1730，用于存储由处理器1720执行以使它执行变换、生成向量的全部两个指令，以及用于存储数据。设备1700还包括显示器1740，以允许设备以各种形式显示数据，如上所讨论。设备1700还包括：用户接口1750，用于从用户接收配置设置以及用于接受操作控制。例如，设备可以通过用户接口1750从用户接收要用于计算向量、指定模板值并输入方差数据的方法的选择，如上所讨论。下面参考图18和19来描述用户可通过其而输入设置和控制值的输入屏幕的示例。进一步地，用户接口1750将光标控件提供给用户以用于滚动通过所存储的数据，如上所描述。图18A、18B和19图示了用户可通过其而配置测试系统的各种设置屏幕。可以通过用户接口1750将这些屏幕接收到设备1700。图18A图示了各种源设置配置，诸如，将三相电流或电压信号提供给电机的测量通道。另外，还可以通过该设置屏幕以及其他系统参数来选择机械传感器类型，诸如QEI、霍尔传感器或旋转变压器。图18B图示了可通过其而配置测试系统的另一设置屏幕。图19图示了用户可以如何选择针对上面描述的内模板和外模板的值。
本发明实施例供应了相比于先前系统的若干优势，其中的一些已经在上面加以描述。附加优势包括与实际转子角位置相比DQ0曲线图的更好对准。在新途径中，除电气数据外还使用机械传感器数据，将来自使用具有索引脉冲输出的霍尔传感器或QEI编码器的传感器数据的转子角位置与DQ0测量结果进行整合。该机械角度被转换成电角度且用于DQ0矩阵变换。进一步地，转子角度整合是重要的，以使D轴与转子的零度永磁体对准。这是利用霍尔传感器或利用QEI方法实现的。在测量的配置中给出用于给出机械(即，所测量的转子位置)反馈连同电输入的选项。
示例
下面提供所公开的技术的说明性示例。技术的实施例可以包括下面描述的示例中的一个或多个和任何组合。
示例1是一种测试和测量仪器，包括：一个或多个传感器，被配置成测量由模拟三相信号驱动的同步机器的机械位置；转换器，用于根据所测量的机械位置确定瞬时电角度；变换器，被配置成基于所述瞬时电角度来生成DQ0信号；以及向量发生器，被结构化成从所述DQ0信号产生合成向量。
示例2是根据示例1所述的测试和测量仪器，进一步包括：显示器，被结构化成呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示。
示例3是根据示例2所述的测试和测量仪器，其中所生成的DQ0信号和所述合成向量是在相量图中图示的。
示例4是根据示例2所述的测试和测量仪器，其中所生成的DQ0信号和所述合成向量被图示为标量值。
示例5是根据前述示例中任一项所述的测试和测量仪器，进一步包括：存储器，用于存储来自所述同步机器的样本数据的集合，并且其中仪器包括：用户接口，被结构化成允许用户从样本数据的集合中选择特定数据样本。
示例6是根据示例5所述的测试和测量仪器，其中所述用户基于控制所述仪器的光标功能来选择所述特定数据样本。
示例7是根据前述示例中任一项所述的测试和测量仪器，进一步包括显示器，并且其中所述仪器在所述显示器上的相量图中呈现所选择的数据样本的DQ0信号和合成向量。
示例8是根据前述示例中任一项所述的测试和测量仪器，其中用于测量所述机械位置的所述一个或多个传感器包括霍尔传感器、QEI传感器或旋转变压器。
示例9是根据前述示例中任一项所述的测试和测量仪器，进一步包括：偏移接收器，用于接收未对准信息。
示例10是根据前述示例中任一项所述的测试和测量仪器，进一步包括：用户接口，其允许用户选择与所述合成向量的期望值相关的模板值。
示例11是根据示例10所述的测试和测量仪器，进一步包括：显示器，被结构化成呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示，并且其中在所述显示器上表示所述模板值的违反。
示例12是根据前述示例中任一项所述的测试和测量仪器，进一步包括：低通滤波器，通过所述低通滤波器，能够在生成所述DQ0信号之前使信号通过。
示例13是一种测试和测量仪器，包括：一个或多个输入，被配置成接收针对由模拟三相信号驱动的同步机器的驱动信号；偏移接收器，用于接收偏移角度规范；变换器，被配置成基于所接收的驱动信号和所述偏移角度规范来生成DQ0信号；以及向量发生器，被结构化成从所述DQ0信号产生合成向量。
示例14是根据示例13所述的测试和测量仪器，进一步包括：显示器，被结构化成在相量图中呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示。
示例15是一种测试和测量仪器中的方法，包括：测量由模拟三相信号驱动的同步机器的机械位置；根据所测量的机器位置确定瞬时电角度；使用变换器基于所述瞬时电角度来生成DQ0信号；以及从所述DQ0信号产生合成向量。
示例16是根据示例15所述的方法，进一步包括：在显示器上呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示。
示例17是根据前述示例方法中任一项所述的方法，其中呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示包括：呈现相量图。
示例18是根据前述示例方法中任一项所述的方法，其中呈现所生成的DQ0和所述合成向量信号的视觉表示包括：呈现标量值的显示器。
示例19是根据前述示例方法中任一项所述的方法，进一步包括：将来自所述同步机器的样本数据的集合存储在存储器中；以及从用户接受从样本数据的集合中选择的数据样本。
示例20是根据示例方法19所述的方法，其中接受所选择的数据样本包括：接收由所述用户控制的光标信息。
示例21是根据前述示例方法中任一项所述的方法，进一步包括：在相量图中呈现所选择的数据样本的DQ0信号和合成向量。
示例22是根据前述实例方法中任一项所述的方法，其中测量同步机器的机械位置包括：使用霍尔传感器、QEI传感器或旋转变压器中的一个或多个。
示例23是根据示例方法22所述的方法，进一步包括：接收针对所述霍尔传感器、所述QEI传感器或所述旋转变压器的偏移角度未对准信息。
示例24是根据示例方法23所述的方法，进一步包括：呈现由所述合成向量对所选择的模板值的违反。
示例25是根据前述示例方法中任一项所述的方法，进一步包括：在测量所述同步机器的机械位置时生成的一个或多个三相信号中的任一个上执行低通滤波。
尽管已经出于图示的目的图示和描述了本公开的具体方面，但应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种修改。相应地，本公开不应当受限制，除了受所附权利要求书限制。

Claims (26)

1.一种测试和测量仪器，包括：
一个或多个传感器，被配置成测量由模拟三相信号驱动的同步机器的机械位置；
转换器，用于根据所测量的机械位置确定瞬时电角度；
变换器，被配置成基于所述瞬时电角度来生成DQ0信号；以及
向量发生器，被结构化成从所述DQ0信号产生合成向量。
2.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，进一步包括：显示器，被结构化成呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示。
3.根据权利要求2所述的测试和测量仪器，其中所生成的DQ0信号和所述合成向量是在相量图中图示的。
4.根据权利要求2所述的测试和测量仪器，其中所生成的DQ0信号和所述合成向量被图示为标量值。
5.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，进一步包括：存储器，用于存储来自所述同步机器的样本数据的集合，并且其中仪器包括：用户接口，被结构化成允许用户从样本数据的集合中选择特定数据样本。
6.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其中所述用户基于控制所述仪器的光标功能来选择所述特定数据样本。
7.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，进一步包括显示器，并且其中所述仪器在所述显示器上的相量图中呈现所选择的数据样本的DQ0信号和合成向量。
8.根据权利要求5所述的测试和测量仪器，其中用于测量所述机械位置的所述一个或多个传感器包括霍尔传感器、QEI传感器或旋转变压器。
9.根据权利要求7所述的测试和测量仪器，进一步包括：偏移接收器，用于接收未对准信息。
10.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，进一步包括：用户接口，其允许用户选择与所述合成向量的期望值相关的模板值。
11.根据权利要求10所述的测试和测量仪器，进一步包括：显示器，被结构化成呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示，并且其中在所述显示器上表示所述模板值的违反。
12.根据权利要求1所述的测试和测量仪器，进一步包括：低通滤波器，通过所述低通滤波器，能够在生成所述DQ0信号之前使信号通过。
13.一种测试和测量仪器，包括：
一个或多个输入，被配置成接收针对由模拟三相信号驱动的同步机器的驱动信号；
偏移接收器，用于接收偏移角度规范；
变换器，被配置成基于所接收的驱动信号和所述偏移角度规范来生成DQ0信号；以及
向量发生器，被结构化成从所述DQ0信号产生合成向量。
14.根据权利要求13所述的测试和测量仪器，进一步包括：显示器，被结构化成在相量图中呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示。
15.一种测试和测量仪器中的方法，包括：
测量由模拟三相信号驱动的同步机器的机械位置；
根据所测量的机器位置确定瞬时电角度；
使用变换器基于所述瞬时电角度来生成DQ0信号；以及
从所述DQ0信号产生合成向量。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在显示器上呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示。
17.根据权利要求15所述的方法，其中呈现所生成的DQ0信号和所述合成向量的视觉表示包括：呈现相量图。
18.根据权利要求15所述的方法，其中呈现所生成的DQ0和所述合成向量信号的视觉表示包括：呈现标量值的显示器。
19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：将来自所述同步机器的样本数据的集合存储在存储器中；以及从用户接受从样本数据的集合中选择的数据样本。
20.根据权利要求19所述的方法，其中接受所选择的数据样本包括：接收由所述用户控制的光标信息。
21.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在相量图中呈现所选择的数据样本的DQ0信号和合成向量。
22.根据权利要求15所述的方法，其中测量同步机器的机械位置包括：使用霍尔传感器、QEI传感器或旋转变压器中的一个或多个。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括：接收针对所述霍尔传感器、所述QEI传感器或所述旋转变压器的偏移角度未对准信息。
24.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：从用户接收与所述合成向量的期望值相关的所选择的模板值。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包括：呈现由所述合成向量对所选择的模板值的违反。
26.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：在测量所述同步机器的机械位置时生成的一个或多个三相信号中的任一个上执行低通滤波。
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