CN201550066U - 一种检测无刷电机转子位置的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种检测无刷电机转子位置的装置，其特征在于：旋转变压器与被测无刷电机转子同轴安装，正弦激励电路产生的信号通过旋转变压器输出的包含电机转子位置角θ的差分信号转换器得到单端正弦信号；正弦激励电路输出的高频正弦差分信号经过差分信号转换器转变为单端正弦参考信号输入反相器，反相器输出的分别与两个差分信号转换器的输出信号输入通过精密绝对值加法器的叠加得到输出信号输入至各自的低通滤波器，经过低通滤波器的滤波输出与转子位置有关的低频正弦信号和余弦信号；低通滤波器的输出经过A/D模块转换为数字信号后输入至DSP。优越性在于：硬件电路简单、成本低，系统的可靠性得到很大的提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测无刷电机转子位置的装置，属于无刷电机控制系统的转子位置的检测装置。
背景技术
无刷电机控制系统的关键技术之一是转子位置的检测，只有检测出转子实际空间位置(绝对位置)后，控制系统才能决定逆变器的通电方式、控制模式及输出电流的频率和相位，以保证无刷电机的正常工作。因而，精确的转子位置检测装置是非常重要的。位置检测装置一旦出现故障，电机换相逻辑就会出现混乱，输出转矩降低、速度下降直至停转。在一些可靠性要求高或者某些特定的场合，如：国防、航空航天等，电机的停转可能造成人身伤亡和财产的损失。这就要求在位置信号出现故障时，尽可能的让电机能够继续正常工作，而不影响整个系统的功能，在停机时再进行故障处理。因此，提高无刷电机转子位置信号的可靠性是十分必要的。
常用的检测无刷电机转子位置的传感器有绝对式光栅编码器、霍尔传感器和旋转变压器。绝对式光栅编码器直接将转轴角度转换成数字信号，应用简单方便，但因环境适应性、价格等因素致使难以广泛应用；霍尔传感器结构简单，但难以达到高精度角度测量要求而受到限制，旋转变压器因结构可靠、实时性好、环境适应性强等优点而广泛应用于高精度伺服系统中。
目前国内外的大量文献与专利中，对无刷电机转子位置检测的研究只局限于位置信号的调理方法，对无刷电机转子位置检测可靠性的研究仅限于霍尔位置传感器，而对于采用旋转变压器的无刷电机转子位置检测方法难以满足国防以及航空航天等高可靠些要求的领域。
采用旋转变压器作为无刷电机转子位置检测装置时，旋转变压器输出两路包含转子位置信息并正交的高频正余弦信号，必须通过信号调理或解算等方法才能获得转子位置信息，目前应用最为广泛的是采用专用轴角数字转换器(Resolver-to-DigitalConverter，简为RDC)等集成芯片加外围配置电路进行解算，此类专用解算芯片对信号较为敏感并无容错功能，因此可靠性难以保障。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种检测无刷电机转子位置的装置，具有自监测与容错功能，大大提高了无刷电机伺服系统的可靠性。
技术方案
一种检测无刷电机转子位置的方法的装置，其特征在于包括旋转变压器、正弦激励电路、差分信号转换器、精密绝对值加法器、反相器和低通滤波器；旋转变压器与被测无刷电机转子同轴安装，正弦激励电路产生的高频正弦差分信号Refs+，一路输入到旋转变压器的原边，旋转变压器副边输出的包含电机转子位置角θ的Es+(t，θ)和Es-(t，θ)，Ec+(t，θ)和Ec-(t，θ)分别经过两个差分信号转换器得到单端正弦信号Es(t，θ)和单端余弦信号Ec(t，θ)；另一路，正弦激励电路输出的高频正弦差分信号Refs+经过差分信号转换器转变为单端正弦参考信号-Refs输入反相器，反相器输出的Refs分别与两个差分信号转换器的输出信号输入至各自的精密绝对值加法器，通过精密绝对值加法器的叠加得到输出信号Refs+Es(t，θ)和Refs+Ec(t，θ)；两路精密绝对值加法器的输出信号输入至各自的低通滤波器，经过低通滤波器的滤波输出与转子位置有关的低频正弦信号Es(θ)＝Esin(θ)+E和余弦信号Ec(θ)＝Ecos(θ)+E；低通滤波器的输出经过A/D模块转换为数字信号后输入至DSP。
有益效果
本实用新型提出的一种检测无刷电机转子位置的装置，采用旋转变压器作为无刷电机转子位置检测装置时，旋转变压器输出两路包含转子位置信息并正交的高频正余弦信号，通过信号调理或解算等方法获得转子位置信息。与目前应用最为广泛的是采用专用轴角数字转换器(Resolver-to-Digital Converter，简为RDC)等集成芯片加外围配置电路进行解算，此类专用解算芯片对信号较为敏感并无容错功能，因此可靠性难以保障。本实用新型在RDC解算电路的基础上，外加一个简单的信号调理电路，便可实现具有自监测与容错功能的无刷电机转子位置检测。具体内容包括检测装置以及自监测与容错方法两大部分。
本实用新型装置的优越性在于：(1)硬件电路简单、成本低，系统的可靠性得到很大的提高；(2)CORDIC解算算法高效实用，经过简单的迭代与加减运算便可实现电机转子位置的容错检测。
附图说明
图1：本实用新型的电路原理图
图2：旋转变压器原理示意图
图3：本实用新型实施例的正弦激励电路
图4：本实用新型实施例的差分信号转换器
图5：本实用新型实施例的精密绝对值加法器
图6：本实用新型实施例的反相器
图7：本实用新型实施例的低通滤波电路
具体实施方式
现结合实施例、附图对本实用新型作进一步描述：
本实用新型装置的实施示例：
检测装置分为与被测无刷电机转子同轴安装的旋转变压器以及旋转变压器信号调理电路两大部分，旋转变压器信号调理电路包括作为旋转变压器信号源的正弦激励电路以及自监测与容错算法信号调理电路(包含差分信号转换器、精密绝对值加法器、反相器和低通滤波器)。
旋转变压器原理示意图如图2所示，将旋转变压器转子r1与电机转子同轴安装，Ur为激励信号的输入端，U1和U2分别为正弦信号和余弦信号的输出端。
正弦激励电路采用改进型文氏桥振荡器，如图3所示，U34A和U34B构成振荡电路，U36A和U36B构成射极跟随器，U35B、U37A和U37B构成输出Refs-的电路。输出的正弦激励信号Refs＝(Refs+)-(Refs-)为频率为16kHz，峰值5V的正弦波。
差分信号转换器由运算放大器TL082构成，如图4所示，差分信号x-和x+分别经过电阻R3和R4接到运算放大器的正负输入端，R1＝R2＝R3＝R4，经过转换后可得到单端信号x，x＝(x-)-(x+)。
精密绝对值加法器如图5所示，信号x和信号y通过运算放大器U1A和U1B及其外围电路后可完成精密绝对值加法运算，得到信号z，z＝|x+y|。
反相器非常简单，由一个运算放大器构成，电路如图6所示，输入信号x，R2＝R3输出信号y，y＝-x。
低通滤波器采用一阶有源滤波器，电路如图7所示，带宽设置在0～2kHz，x为输入信号，输出信号y为x的包络信号。
通过上述的硬件电路可将旋转变压器的输出信号调理成数字信号处理器能够识别的低频模拟信号，DSP使用TMS320系列的芯片如TMS320F2812，DSP内部的AD转换器对输入的两路模拟信号进行采样转换成数字信号，再通过固化在数字信号处理器的程序便可完成对电机转子位置的检测。
Claims (1)
1.一种检测无刷电机转子位置的装置，其特征在于包括旋转变压器、正弦激励电路、差分信号转换器、精密绝对值加法器、反相器和低通滤波器；旋转变压器与被测无刷电机转子同轴安装，正弦激励电路产生的高频正弦差分信号Re fs+，一路输入到旋转变压器的原边，旋转变压器副边输出的包含电机转子位置角θ的Es+(t，θ)和Es-(t，θ)，Ec+(t，θ)和Ec-(t，θ)分别经过两个差分信号转换器得到单端正弦信号Es(t，θ)和单端余弦信号Ec(t，θ)；另一路，正弦激励电路输出的高频正弦差分信号Re fs+经过差分信号转换器转变为单端正弦参考信号-Re fs输入反相器，反相器输出的Re fs分别与两个差分信号转换器的输出信号输入至各自的精密绝对值加法器，通过精密绝对值加法器的叠加得到输出信号Re fs+Es(t，θ)和Re fs+Ec(t，θ)；两路精密绝对值加法器的输出信号输入至各自的低通滤波器，经过低通滤波器的滤波输出与转子位置有关的低频正弦信号Es(θ)＝Esin(θ)+E和余弦信号Ec(θ)＝Ecos(θ)+E；低通滤波器的输出经过A/D模块转换为数字信号后输入至DSP。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103078571A (zh) * | 2013-01-04 | 2013-05-01 | 天津清源电动车辆有限责任公司 | 一种旋转变压器系统及其控制方法 |
| CN104796053A (zh) * | 2015-05-11 | 2015-07-22 | 哈尔滨工业大学 | 基于旋转变压器的直流电机控制器及控制方法 |
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2009
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