一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備及處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備及處理方法，讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號；從所述轉(zhuǎn)子位置信號中解析出角度值θfd；按照以下公式確定補償后的角度θcmd，θcmd＝θfd+ωγ*N*Tcnt其中，ωγ為根據(jù)前兩次轉(zhuǎn)子位置信號解析的角度值確定的角速度；ωγ＝(θcmd1-θcmd2)/t；其中，t為θcmd1與θcmd2之間的時間間隔；N*Tcnt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tcnt為延時計數(shù)脈沖的周期，本發(fā)明提高信號在傳輸過程中的抗干擾性能、加大信號傳輸距離及提高轉(zhuǎn)子角度檢測精度的問題。
【專利說明】一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備及處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備及處理方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機由于其功率密度大，慣性小，效率高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用，尤其在高速 場合，而永磁同步電機為了能夠?qū)崿F(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩輸出，必需知道精確的轉(zhuǎn)子絕對位置信號，一 般位置反饋裝置有絕對式光電編碼器、霍爾傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器等，而旋轉(zhuǎn)變壓器由于結(jié)構(gòu) 可靠、實時性好、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于伺服系統(tǒng)當(dāng)中。
[0003] 采用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測轉(zhuǎn)子位置的傳統(tǒng)方法是，旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的信號經(jīng)過解碼單 元后將位置信號以并行數(shù)據(jù)的形式或者通過芯片的SPI 口發(fā)送給控制器，實現(xiàn)框圖如圖1 所示?？刂破髯x取的轉(zhuǎn)子位置信號認(rèn)為是當(dāng)前實時的轉(zhuǎn)子位置信號，用于系統(tǒng)控制中，但其 實控制器的采樣與解碼芯片的采樣時刻不同步，控制器采樣與解碼芯片的采樣存在時間差 且該時間差不固定，如圖2所示。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點：解碼單元與控制器的可傳輸距離較短，而有的工業(yè)現(xiàn)場 變頻器與電機相距較遠(yuǎn)，這就要求解碼單元與旋轉(zhuǎn)變壓器的距離較遠(yuǎn)，使得旋轉(zhuǎn)變壓器反 饋信號的傳輸距離較長，在長距離傳輸當(dāng)中，旋轉(zhuǎn)變壓器反饋信號容易受到干擾，導(dǎo)致控制 器得到的轉(zhuǎn)子位置角度不正確，與實際的轉(zhuǎn)子角度位置有偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明在于提供一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備及處理方法，以提高反饋信號 在傳輸過程中的抗干擾性能、加大信號傳輸距離及提高轉(zhuǎn)子角度檢測精度。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備及處理方法，其 特征在于，包括 ：
[0007] 讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號；
[0008] 從所述轉(zhuǎn)子位置信號中解析出角度值0fd;
[0009] 按照以下公式一確定補償后的角度0cmd，
[0010] ecmd= 9 fd+w Y*N*Tcnt
[0011] 其中，ω γ為根據(jù)前兩次轉(zhuǎn)子位置信號解析的角度值確定的角速度；
[0012] ω γ = ( Θ emd「Θ emd2)/t ;其中，t為相鄰兩次Θ emdl與Θ "d2之間的時間間隔；
[0013] N*Tmt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tmt為 延時計數(shù)脈沖的周期。
[0014] 所述延時計數(shù)器N從預(yù)訂的初始值開始計數(shù)。
[0015] 所述轉(zhuǎn)子位置信號有效時，重置延時計數(shù)值為所述初始值。
[0016] 每次接收的轉(zhuǎn)子位置信號中，還包括：標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子位置信號是否可被采用的故 障信號；
[0017] 如果所述故障信號為真，則所述轉(zhuǎn)子位置信號不可被采用；
[0018] 如果所述故障信號為假，則所述轉(zhuǎn)子位置信號可被采用。
[0019] 如果所述故障信號為真，則按照以下公式二確定補償后的角度0cmd;
[0020] 0cnid(n) = 0_〇1-1) + (^襯，其中，11為補償次數(shù)。
[0021] 檢測故障信號為真后，還包括：如果判斷到延時計數(shù)值N大于閾值，則執(zhí)行按照所 述公式二確定補償后的角度0 cmd的步驟。
[0022] 旋轉(zhuǎn)變壓器，用于與同步電機連接，在接收到勵磁信號后，反饋轉(zhuǎn)子位置信號；
[0023] 發(fā)送端，包括：
[0024] 解碼芯片，用于將所述反饋的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；
[0025] 第一可編程邏輯器件，用于將數(shù)字后的轉(zhuǎn)子位置信號按照串行協(xié)議轉(zhuǎn)換；
[0026] 光纖發(fā)送模塊，用于將所述第一可編程邏輯器件的信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送；
[0027] 控制器，包括：
[0028] 光纖接收模塊，用于將所述發(fā)送端的信號轉(zhuǎn)換為電信號；
[0029] 第二可編程邏輯器件，用于將光纖接收模塊接收的信號按照預(yù)定的通信協(xié)議恢 復(fù)；
[0030] 處理器，用于將所述第二可編程邏輯器件恢復(fù)后的轉(zhuǎn)子位置信號，經(jīng)過角度補償 后輸出。
[0031] 所述處理器包括：
[0032] 解析模塊，用于讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號，從所述轉(zhuǎn)子位置信號中解析 出角度值9 fd;
[0033] 運算模塊，用于按照以下公式一確定補償后的角度ecmd，
[0034] ecmd= 9 fd+w Y*N*Tcnt
[0035] 其中，ω γ為根據(jù)前兩次轉(zhuǎn)子位置信號解析的角度值確定的角速度；
[0036] ω γ = ( Θ。_- Θ Md2) /t ;其中，t為相鄰兩次Θ Mdl與Θ Md2之間的時間間隔；
[0037] N*Tmt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tmt為 延時計數(shù)脈沖的周期。
[0038] 所述處理器還包括：
[0039] 補償模塊，用于每次接收的轉(zhuǎn)子位置信號中，如果判斷到標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子位置信號 為不可被采用的故障信號，則按照以下公式二確定補償后的角度Θ cmd ;
[0040] 0cnid(n) = 0_〇1-1) + (^襯，其中，11為補償次數(shù)。
[0041] 與傳統(tǒng)的方案相比，本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在：提高信號在傳輸過程中的抗干擾 性能、加大信號傳輸距離及提高轉(zhuǎn)子角度檢測精度的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1傳統(tǒng)技術(shù)方案中轉(zhuǎn)子位置檢測裝置；
[0043] 圖2傳統(tǒng)方案控制器采樣與解碼芯片的采樣時間差示意圖；
[0044] 圖3本實施例方案的實現(xiàn)框圖；
[0045] 圖4為本實施例的方法流程圖；
[0046] 圖5為本實施例控制器可編輯邏輯器件的延時補償計數(shù)器示意圖；
[0047] 圖6為本實施例控制器可編程邏輯器件的延時補償計數(shù)器計數(shù)流程圖；
[0048] 圖7本實施例計數(shù)器初始值對應(yīng)的延時時間示意圖。

【具體實施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述：
[0050] 為清楚說明本發(fā)明中的方案，下面給出優(yōu)選的實施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
[0051] 圖3為本實施例方案的實現(xiàn)框圖，本檢測裝置包括：旋轉(zhuǎn)變壓器，用于與同步電機 連接，在接收到勵磁信號后，反饋轉(zhuǎn)子位置信號；
[0052] 發(fā)送端，包括：
[0053] 解碼芯片，為旋轉(zhuǎn)變壓器提供勵磁信號，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器反饋的信號計算轉(zhuǎn)子 對應(yīng)的數(shù)字信號；同時判斷信號反饋是否正常，并將以上信號通過并行總線或者串行總線 輸出；
[0054] 第一可編程邏輯器件，為解碼芯片提供啟動、復(fù)位等信號，同時將解碼芯片發(fā)出的 并行數(shù)據(jù)或故障信息等按照串行協(xié)議轉(zhuǎn)換；
[0055] 優(yōu)選地，所述串行通訊協(xié)議為Modbus協(xié)議。
[0056] 光纖發(fā)送模塊將電，用于將所述第一可編程邏輯器件的信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送；
[0057] 控制器，包括：
[0058] 光纖接收模塊，用于將所述發(fā)送端的信號轉(zhuǎn)換為電信號；
[0059] 第二可編程邏輯器件，用于將光纖接收模塊接收的信號按照預(yù)定的通信協(xié)議恢 復(fù)，并以共享內(nèi)存的形式發(fā)送給控制器的CPU處理器。
[0060] 優(yōu)選地，所述通訊協(xié)議為Modbus協(xié)議。
[0061] 處理器，用于將所述第二可編程邏輯器件恢復(fù)后的轉(zhuǎn)子位置信號，經(jīng)過角度補償 后輸出，并用于系統(tǒng)控制。
[0062] 優(yōu)選地，所述解碼芯片為如多摩川的SMARTC0DER解碼芯片。
[0063] 所述CPU處理器包括，解析模塊，用于讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號，從所述 轉(zhuǎn)子位置信號中解析出角度值Θ Μ;
[0064] 運算模塊，用于按照以下公式一確定補償后的角度0cmd，
[0065] 0cmd= 0fd+c〇Y*N*Tcnt(l)
[0066] 其中，ω γ為根據(jù)前兩次轉(zhuǎn)子位置信號解析的角度值確定的角速度；
[0067] ω γ = ( Θ。_- Θ Md2)/t ;其中，t為相鄰兩次Θ』與Θ "d2之間的時間間隔；
[0068] N*Tmt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tmt為 延時計數(shù)脈沖的周期。
[0069] 所述CPU處理器還包括補償模塊，用于每次接收的轉(zhuǎn)子位置信號中，如果判斷到 標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子位置信號為不可被采用的故障信號，則按照以下公式二確定補償后的角度 Θ cmd ；
[0070] 0cmd(n) = 0_(11-1) + (^襯，其中，11為補償次數(shù)。
[0071] 圖4為本實施例的方法流程圖，該方法包括：
[0072] 步驟41 :讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號；
[0073] 步驟42 :從所述轉(zhuǎn)子位置信號中解析出角度值Θ fd ;
[0074] 步驟43 :按照以下公式一確定補償后的角度Θ cmd，
[0075] ecmd= 9 fd+w Y*N*Tcnt
[0076] 其中，ω γ為根據(jù)前兩次轉(zhuǎn)子位置信號解析的角度值確定的角速度；
[0077] ω γ = ( Θ Θ Md2)/t ;其中，t為相鄰兩次Θ』與Θ "d2之間的時間間隔；
[0078] N*Tmt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tmt為 延時計數(shù)脈沖的周期。
[0079] 所述延時計數(shù)器N從預(yù)訂的初始值開始計數(shù)。
[0080] 所述轉(zhuǎn)子位置信號有效時，重置延時計數(shù)值為所述初始值。
[0081] 在本實施例中，還包括，對于每次接收的轉(zhuǎn)子位置信號中，還包括：標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子 位置信號是否可被采用的故障信號；
[0082] 如果所述故障信號為真，則所述轉(zhuǎn)子位置信號不可被采用；
[0083] 如果所述故障信號為假，則所述轉(zhuǎn)子位置信號可被采用。
[0084] 如果所述故障信號為真，則所述轉(zhuǎn)子位置信號不可被采用，則按照以下公式二確 定補償后的角度Θ cmd ;
[0085] 公式二為：Θ Md(n) = Θ Md(n-l) + co Y*t，其中，Θ Md(n)為當(dāng)前用于系統(tǒng)控制的角 度，0?d(n-l)為上一次用于系統(tǒng)控制的角度，T s為控制器的轉(zhuǎn)子位置采樣周期，η為補償 次數(shù)。
[0086] 還包括，檢測故障信號為真后，還包括：如果判斷到延時計數(shù)值Ν大于閾值，則執(zhí) 行按照所述公式二確定補償后的角度Θ cmd的步驟。
[0087] 還包括，如果在每次接收到轉(zhuǎn)子位置信號后，如果所述故障信號為假，則重置所述 N為初始值。
[0088] 結(jié)合圖5、圖6、圖7,圖5為本實施例控制器可編輯邏輯器件的延時補償計數(shù)器示 意圖、圖6為本實施例控制器可編程邏輯器件的延時補償計數(shù)器計數(shù)流程圖，圖7本實施例 計數(shù)器初始值對應(yīng)的延時時間示意圖。參見圖5,第二可編程邏輯器件中設(shè)有信號延時補償 計數(shù)器，設(shè)定有初始值，例如5ms ;如圖中①位置的計數(shù)值1開始計數(shù)，當(dāng)接收到一幀有用的 數(shù)據(jù)（例如：當(dāng)CPU讀取該有用的數(shù)據(jù)（如圖5中③位置）時計數(shù)器復(fù)位為初始值；當(dāng)接 收到的數(shù)據(jù)為故障數(shù)據(jù)時（如圖中⑤⑥位置），計數(shù)器不復(fù)位，一直累加，直到加到最大值 (如圖中⑦位置）或者接收到有用的數(shù)據(jù)（如圖中⑧位置）復(fù)位為初始值。參見圖6,本實 施例中所提及的計數(shù)器的計數(shù)值表示的是控制器中CPU處理器當(dāng)前讀取到的有用的轉(zhuǎn)子 位置值時刻與實際解碼單元采樣轉(zhuǎn)子位置時刻的延時，是一個變化值，用于對轉(zhuǎn)子位置信 號的延時補償。參見圖5計數(shù)值1是計數(shù)器的初始值，表示的是從解碼單元采樣旋轉(zhuǎn)變壓 器反饋信號時刻開始到控制器可編程邏輯器件接收到數(shù)據(jù)時刻的固定延時如圖6所示，包 括解碼芯片的采樣、轉(zhuǎn)換延時，旋變接口轉(zhuǎn)換模塊中的可編程邏輯器件的數(shù)據(jù)處理延時，光 纖發(fā)送模塊的信號轉(zhuǎn)換延時，光纖的傳輸延時，光纖接收模塊的接收延時等，是一個與硬件 相關(guān)的固定值。圖5中計數(shù)值7為計數(shù)器的最大值，當(dāng)計數(shù)器計到最大值時，計數(shù)器保持最 大值。
[0089] 本方案的一個具體數(shù)據(jù)實例：延時計數(shù)器計數(shù)脈沖的周期Tmt為0. Olus，根據(jù)解 碼芯片的采樣解碼周期lus，確定初始計數(shù)值圖5中①為100, CPU采樣時刻讀取的計數(shù)器 值N為3000(圖5中計數(shù)值3位置），當(dāng)前從正確信號中讀取的角度0fd = 2.0rad(圖 5中3位置對應(yīng)前一次的正確數(shù)據(jù)），CPU兩次采樣的時間間隔t = lOOus，前兩次讀取的 角度信號 0cmdl、0cmd2分別為 1.8rad，1.6rad，可以計算 ωγ = (1.8-1.6)/(100e-6)= 2000rad/s，本實施例中根據(jù)公式0emd= 0fd+c〇Y*N*Tmt，當(dāng)前用于控制的角度0emd = 2. 0+3000*0. 01e-6*2000 = 2. 06rad ;如果按照傳統(tǒng)的檢測方法用于控制的角度為Θ emd = 2. 0rad〇
[0090] 對于本發(fā)明各個實施例中所闡述的方法和裝置，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)， 所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測及處理方法，其特征在于，包括： 讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號； 從所述轉(zhuǎn)子位置信號中解析出角度值ΘΜ; 按照以下公式一確定補償后的角度e"d， 9cmd= 9 fd+W Y*N*Tcnt 其中，ω Y為根據(jù)解析的角度值確定的角速度； ωΥ = ( θ c*u- θ ?d2)/t ;其中，t為相鄰兩次Θ與Θ』之間的時間間隔； N*Tmt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tmt為延時 計數(shù)脈沖的周期。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測及處理方法，其特征在于，所述延時計數(shù)器N從預(yù)訂的初 始值開始計數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測及處理方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子位置信號有效時，重 置延時計數(shù)值為所述初始值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測及處理方法，其特征在于，每次接收的轉(zhuǎn)子位置信號中， 還包括：標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子位置信號是否可被采用的故障信號； 如果所述故障信號為真，則所述轉(zhuǎn)子位置信號不可被采用； 如果所述故障信號為假，則所述轉(zhuǎn)子位置信號可被采用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測及處理方法，其特征在于，如果所述故障信號為真，則按 照以下公式二確定補償后的角度 0cmd(n) = +
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測及處理方法，其特征在于，檢測故障信號為真后，還包 括：如果判斷到延時計數(shù)值N大于閾值，則執(zhí)行按照所述公式二確定補償后的角度Θ 的 步驟。
7. -種高速電機轉(zhuǎn)子位置的檢測設(shè)備，其特征在于，包括： 旋轉(zhuǎn)變壓器，用于與同步電機連接，在接收到勵磁信號后，反饋轉(zhuǎn)子位置信號； 發(fā)送端，包括： 解碼芯片，用于將所述反饋的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號； 第一可編程邏輯器件，用于將數(shù)字后的轉(zhuǎn)子位置信號按照串行協(xié)議轉(zhuǎn)換； 光纖發(fā)送模塊，用于將所述第一可編程邏輯器件的信號轉(zhuǎn)換為光信號發(fā)送； 控制器，包括： 光纖接收模塊，用于將所述發(fā)送端的信號轉(zhuǎn)換為電信號； 第二可編程邏輯器件，用于將光纖接收模塊接收的信號按照預(yù)定的通信協(xié)議恢復(fù)； 處理器，用于將所述第二可編程邏輯器件恢復(fù)后的轉(zhuǎn)子位置信號，經(jīng)過角度補償后輸 出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述處理器包括： 解析模塊，用于讀取最近一次接收的轉(zhuǎn)子位置信號，從所述轉(zhuǎn)子位置信號中解析出角 度值Θ fd ; 運算模塊，用于按照以下公式一確定補償后的角度Θ Md， ecmd= 9 fd+w Y*N*Tcnt 其中，ω γ為根據(jù)前兩次轉(zhuǎn)子位置信號解析的角度值確定的角速度； ωΥ = ( θ c*u- θ ?d2)/t ;其中，t為相鄰兩次Θ與Θ』之間的時間間隔； N*Tmt為所述讀取與所述最近一次接收之間的時間間隔；N為延時計數(shù)值，Tmt為延時 計數(shù)脈沖的周期。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測設(shè)備，其特征在于，所述處理器還包括： 補償模塊，用于每次接收的轉(zhuǎn)子位置信號中，如果判斷到標(biāo)識所述轉(zhuǎn)子位置信號為不 可被采用的故障信號，則按照以下公式二確定補償后的角度Θ "d ; 0cmd(n) = +
【文檔編號】H02P6/16GK104104288SQ201410317738
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】廖文建, 李明才, 蘇位峰, 衛(wèi)三民, 茍銳鋒 申請人:中國西電電氣股份有限公司, 北京西電華清科技有限公司