專(zhuān)利名稱(chēng)：一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法及裝置，屬于無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的
轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，只有檢測(cè)出轉(zhuǎn)子實(shí)際空間 位置(絕對(duì)位置)后，控制系統(tǒng)才能決定逆變器的通電方式、控制模式及輸出電流的頻率和 相位，以保證無(wú)刷電機(jī)的正常工作。因而，精確的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置是非常重要的。位置檢 測(cè)裝置一旦出現(xiàn)故障，電機(jī)換相邏輯就會(huì)出現(xiàn)混亂，輸出轉(zhuǎn)矩降低、速度下降直至停轉(zhuǎn)。在 一些可靠性要求高或者某些特定的場(chǎng)合，如國(guó)防、航空航天等，電機(jī)的停轉(zhuǎn)可能造成人身 傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。這就要求在位置信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，盡可能的讓電機(jī)能夠繼續(xù)正常工作， 而不影響整個(gè)系統(tǒng)的功能，在停機(jī)時(shí)再進(jìn)行故障處理。因此，提高無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的 可靠性是十分必要的。 常用的檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的傳感器有絕對(duì)式光柵編碼器、霍爾傳感器和旋轉(zhuǎn) 變壓器。絕對(duì)式光柵編碼器直接將轉(zhuǎn)軸角度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，但因環(huán)境適應(yīng) 性、價(jià)格等因素致使難以廣泛應(yīng)用；霍爾傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但難以達(dá)到高精度角度測(cè)量要求 而受到限制，旋轉(zhuǎn)變壓器因結(jié)構(gòu)可靠、實(shí)時(shí)性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高精度 伺服系統(tǒng)中。 目前國(guó)內(nèi)外的大量文獻(xiàn)與專(zhuān)利中，對(duì)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的研究只局限于位置 信號(hào)的調(diào)理方法，對(duì)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)可靠性的研究?jī)H限于霍爾位置傳感器，而對(duì)于 采用旋轉(zhuǎn)變壓器的無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法難以滿(mǎn)足國(guó)防以及航空航天等高可靠些要 求的領(lǐng)域。 采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩路包含轉(zhuǎn) 子位置信息并正交的高頻正余弦信號(hào)，必須通過(guò)信號(hào)調(diào)理或解算等方法才能獲得轉(zhuǎn)子位置 信息，目前應(yīng)用最為廣泛的是采用專(zhuān)用軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Resolver-to-DigitalConverter， 簡(jiǎn)為RDC)等集成芯片加外圍配置電路進(jìn)行解算，此類(lèi)專(zhuān)用解算芯片對(duì)信號(hào)較為敏感并無(wú) 容錯(cuò)功能，因此可靠性難以保障。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題 為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法及
裝置，具有自監(jiān)測(cè)與容錯(cuò)功能，大大提高了無(wú)刷電機(jī)伺服系統(tǒng)的可靠性。 技術(shù)方案 —種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法，其特征在于將旋轉(zhuǎn)變壓器與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)的 轉(zhuǎn)子同軸安裝，檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的具體步驟如下 步驟l :將旋轉(zhuǎn)變壓器副邊輸出的兩路包含轉(zhuǎn)子位置角e信息并正交的信號(hào)進(jìn)行差分轉(zhuǎn)單端，得到單端正弦信號(hào)Es(t， 9) =ESin("t)Sin(e)和單端余弦信號(hào)E。(t， e) =ESin("t)C0S(e);所述的兩路包含轉(zhuǎn)子位置角e信息并正交的信號(hào)為高頻正弦差分 信號(hào)Es+(t， e)禾PEs—(t， e)，高頻余弦差分信號(hào)E。+(t， e)禾PEc—(t， e);其中E為信號(hào)的
有效值，"為正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的參考信號(hào)Re fs的角頻率； 步驟2 :將輸入到旋轉(zhuǎn)變壓器的由正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的正弦差分信號(hào)Re fs+和Re fs-轉(zhuǎn)變?yōu)閱味苏覅⒖夹盘?hào)-Re fs = Esin("t); 步驟3:將單端正弦信號(hào)Es(t， e)與參考信號(hào)Re fs進(jìn)行疊加得到信號(hào)Re fS+Es(t， e)，將單端余弦信號(hào)E。(t， e)與Re fs疊加得到信號(hào)Re fs+Ec(t， e);
步驟4:將Re fs+Es(t， e )和Re fs+E。(t， 9 )中的高頻部分進(jìn)行濾除，得到包 含轉(zhuǎn)子位置信息的模擬低頻正弦信號(hào)Es(e) 二Esin(e)+E和低頻余弦信號(hào)E。(e)= Ecos(9)+E ; 步驟5:將模擬低頻正弦信號(hào)Es(e) = Esin(e)+E和余弦信號(hào)E。(e)=
Ecos(e)+E轉(zhuǎn)換成數(shù)字正弦信號(hào)E/(e)和數(shù)字余弦信號(hào)E。、e);
步驟6 :求取數(shù)字信號(hào)es*( e)和ec*( e)的平均值^ ; 步驟7 :將數(shù)字正弦信號(hào)Es*( e )減去[7，得到正弦信號(hào)輸入量Y，將數(shù)字余弦信號(hào)
E/(e)減去^，得到余弦信號(hào)輸入量x; 步驟8 :根據(jù)正弦信號(hào)輸入量Y和余弦信號(hào)輸入量X判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置所在象限 當(dāng)X^O且YX)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e落在0 90°范圍內(nèi)； 當(dāng)X〈0且Y^O時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e落在90° 180°范圍內(nèi)； 當(dāng)X〈0且Y〈0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置9落在180° 270°范圍內(nèi)； 當(dāng)X^O且Y〈0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e落在270° 360°范圍內(nèi)； 步驟9 :將X、 Y映射到第一象限，利用CORDIC算法計(jì)算出角度值^，然后根據(jù)上一
步驟中e所在的象限確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e :當(dāng)o < e《90°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置^ = ^; 當(dāng)90° < e《180°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置6 = 180°-^; 當(dāng)180° < e《270°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置^ = 180° + ^ ; 當(dāng)270° < e《360°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置6 = 360°-^ 。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的具體步驟如下 步驟a :計(jì)算電機(jī)在兩次采樣間隔中旋轉(zhuǎn)的角度A 9 = c^AT，其中"r為電機(jī)轉(zhuǎn) 速，單位為rad/s，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率為f，兩次采樣的時(shí)間間隔為AT = 1/f ; 步驟b :采用cordic求逆算法得到e e = e + a e的正弦值es/( e e)和 余弦值Ej( e c)，若& =《c(^)-￡ 和fd =￡^(4)-《(6>)未全部超出誤差
限，若& =￡^(^)-《(6)超出誤差限，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)有故障；若
& 二《e(4)-《(^超出誤差限，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦信號(hào)有故障；所述的誤差 限取數(shù)字信號(hào)的平均值^的^ ^ ，執(zhí)行步驟4 5 ; 步驟c :若& 和fd =《c(^)-《的全部超出誤差限，
利用cordic求逆算法得到e ' e = e - a e的正弦值Ese*( e ' e)和余弦值
5(《)-《(^)超出誤差限，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)有故障；若 《=《^《)-《(^超出誤差限，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦有故障；所述的誤差限取數(shù)
字信號(hào)的平均值77的^' 1
C/ 50 100 步驟d:若旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)出現(xiàn)故障，將步驟5的數(shù)字余弦信號(hào)
ec*( e)，利用e。*( e)與Es*( e)的正交關(guān)系轉(zhuǎn)換得到es**( e)，并以es**( e)替代數(shù)字正弦 信號(hào)Es*( e);若旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦信號(hào)出現(xiàn)故障，將步驟5的數(shù)字正弦信號(hào)Es*( e)， 利用E/(e)與E、e)的正交關(guān)系轉(zhuǎn)換得到Er(e)，并以Er(e)替代數(shù)字余弦信號(hào) Ec*(e); 步驟e :繼續(xù)步驟6 9，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子位置9 。 —種實(shí)現(xiàn)上述的任一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法的裝置，其特征在于包括旋 轉(zhuǎn)變壓器、正弦激勵(lì)電路、差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器、精密絕對(duì)值加法器、反相器和低通濾波器；旋轉(zhuǎn) 變壓器與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的高頻正弦差分信號(hào)Re fs+，一
路輸入到旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊，旋轉(zhuǎn)變壓器副邊輸出的包含電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角e的E-(t， e) 和Es—(t， e)，E。+(t， e)和Ec—(t， e)分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器得到單端正弦信號(hào)Es(t， e)和單端余弦信號(hào)E。(t， e);另一路，正弦激勵(lì)電路輸出的高頻正弦差分信號(hào)Re fs+經(jīng) 過(guò)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閱味苏覅⒖夹盘?hào)-Re fs輸入反相器，反相器輸出的Re fs分別 與兩個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)輸入至各自的精密絕對(duì)值加法器，通過(guò)精密絕對(duì)值加法 器的疊加得到輸出信號(hào)Re fs+Es(t， e)和Re fs+Ee(t， e);兩路精密絕對(duì)值加法器的輸出
信號(hào)輸入至各自的低通濾波器，經(jīng)過(guò)低通濾波器的濾波輸出與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的低頻正弦信 號(hào)Es(e) 二Esin(e)+E和余弦信號(hào)E。(e) =EcoS(e)+E ;低通濾波器的輸出經(jīng)過(guò)A/D模
塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入至DSP。
有益效果 本發(fā)明提出的一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法及裝置，采用旋轉(zhuǎn)變壓器作為無(wú) 刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩路包含轉(zhuǎn)子位置信息并正交的高頻正余弦 信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理或解算等方法獲得轉(zhuǎn)子位置信息。與目前應(yīng)用最為廣泛的是采用專(zhuān)用 軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Resolver-to-Digital Converter,簡(jiǎn)為RDC)等集成芯片加外圍配置電 路進(jìn)行解算，此類(lèi)專(zhuān)用解算芯片對(duì)信號(hào)較為敏感并無(wú)容錯(cuò)功能，因此可靠性難以保障。本發(fā) 明在RDC解算電路的基礎(chǔ)上，外加一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)調(diào)理電路，便可實(shí)現(xiàn)具有自監(jiān)測(cè)與容錯(cuò) 功能的無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。具體內(nèi)容包括檢測(cè)裝置以及自監(jiān)測(cè)與容錯(cuò)方法兩大部分。
本發(fā)明裝置的優(yōu)越性在于(1)硬件電路簡(jiǎn)單、成本低，系統(tǒng)的可靠性得到很大的 提高；(2)C0RDIC解算算法高效實(shí)用，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的迭代與加減運(yùn)算便可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置 的容錯(cuò)檢測(cè)。


圖l:本發(fā)明的電路原理圖 圖2 :旋轉(zhuǎn)變壓器原理示意圖 圖3 :本發(fā)明實(shí)施例的正弦激勵(lì)電路 圖4 :本發(fā)明實(shí)施例的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器
6
圖5 :本發(fā)明實(shí)施例的精密絕對(duì)值加法器
圖6 :本發(fā)明實(shí)施例的反相器
圖7 :本發(fā)明實(shí)施例的低通濾波電路
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
本發(fā)明裝置的實(shí)施示例 檢測(cè)裝置分為與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝的旋轉(zhuǎn)變壓器以及旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào) 調(diào)理電路兩大部分，旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)調(diào)理電路包括作為旋轉(zhuǎn)變壓器信號(hào)源的正弦激勵(lì)電路 以及自監(jiān)測(cè)與容錯(cuò)算法信號(hào)調(diào)理電路(包含差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器、精密絕對(duì)值加法器、反相器 和低通濾波器)。 旋轉(zhuǎn)變壓器原理示意圖如圖2所示，將旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子rl與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，
Ur為激勵(lì)信號(hào)的輸入端，Ul和U2分別為正弦信號(hào)和余弦信號(hào)的輸出端。 正弦激勵(lì)電路采用改進(jìn)型文氏橋振蕩器，如圖3所示，U34A和U34B構(gòu)成振蕩電路，
U36A和U36B構(gòu)成射極跟隨器，U35B、 U37A和U37B構(gòu)成輸出Refs-的電路。輸出的正弦激
勵(lì)信號(hào)Re fs = (Re fs+)-(Re fs-)為頻率為16kHz，峰值5V的正弦波。 差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器由運(yùn)算放大器TL082構(gòu)成，如圖4所示，差分信號(hào)x_和x+分別經(jīng)
過(guò)電阻R3和R4接到運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端，Rl = R2 = R3 = R4，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后可得到單
端信號(hào)x，x二 (x-)-(x+)。 精密絕對(duì)值加法器如圖5所示，信號(hào)x和信號(hào)y通過(guò)運(yùn)算放大器U1A和U1B及其 外圍電路后可完成精密絕對(duì)值加法運(yùn)算，得到信號(hào)z， z = |x+y| 。 反相器非常簡(jiǎn)單，由一個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成，電路如圖6所示，輸入信號(hào)x， R2 = R3
輸出信號(hào)y，y = -x。 低通濾波器采用一階有源濾波器，電路如圖7所示，帶寬設(shè)置在0 2kHz， x為輸
入信號(hào)，輸出信號(hào)y為x的包絡(luò)信號(hào)。 通過(guò)上述的硬件電路可將旋轉(zhuǎn)變壓器的輸出信號(hào)調(diào)理成數(shù)字信號(hào)處理器能夠識(shí) 別的低頻模擬信號(hào)，DSP使用TMS320系列的芯片如TMS320F2812， DSP內(nèi)部的AD轉(zhuǎn)換器對(duì) 輸入的兩路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)固化在數(shù)字信號(hào)處理器的程序便可 完成對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)。 根據(jù)本裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的實(shí)施示例 步驟1 :將旋轉(zhuǎn)變壓器與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸安裝，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器 副邊輸出兩路正交的差分信號(hào)通過(guò)差分轉(zhuǎn)換器可得到單端正弦信號(hào)Es(t， e) =Esin("t) sin ( 9 )和單端余弦信號(hào)Ec (t， 9 ) = Esin (" t) cos ( 9 )，其中E = 5V， " = 16kHz ; 9的 范圍為0 360度，以下步驟中的取值與此步相同； 步驟2 :將輸入到旋轉(zhuǎn)變壓器的由正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的正弦差分信號(hào)Re fs+和Re fs-轉(zhuǎn)變?yōu)閱味藚⒖夹盘?hào)-Re fS = Esin("t); 步驟3 :將信號(hào)Ejt， e )與Re fs進(jìn)行疊加得到信號(hào)Re fs+Es(t， 9 )，將信號(hào)E。(t， e)與Re fs疊加得到信號(hào)Re fs+E。(t， e); 步驟4:將Re fs+Es(t， e )和Re fs+Ee(t， 9 )中的高頻部分進(jìn)行濾除，得到包含轉(zhuǎn)子位置信息的模擬低頻正弦信號(hào)Es(e) 二Esin(e)+E和低頻余弦信號(hào)E。(e)= Ecos (e) +e，其中es(e)和e。( e)的最大值均為iov，最小值均為ov。
步驟5:將模擬的低頻正弦信號(hào)Es(e) = Esin(e)+E和余弦信號(hào)Ee(e)= Ecos ( e ) +E轉(zhuǎn)換成數(shù)字正弦信號(hào)Es* ( e )和數(shù)字余弦信號(hào)E。* ( e ) ， Es* ( e )取0 65535的 整數(shù)對(duì)應(yīng)Es* ( 9 )的0 10V， ( 9 )取0 65535的整數(shù)對(duì)應(yīng)Ec (e)的0 10V ;
步驟6 :求取數(shù)字信號(hào)的平均值5 =32768; 步驟7:將數(shù)字正弦信號(hào)E/(e)減去^，得到正弦信號(hào)輸入量Y， Y范圍 為-32768 32767，將數(shù)字余弦信號(hào)E。*( e )減去^，得到余弦信號(hào)輸入量X， X范圍 為-32768 32767 ; 步驟8 :根據(jù)正弦信號(hào)輸入量Y和余弦信號(hào)輸入量X判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置所在象限
當(dāng)XX)且YX)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置9位于第一象限；
當(dāng)X〈0且YX)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置9位于第二象限；
當(dāng)X〈0且Y〈0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e位于第三象限；
當(dāng)X > 0且Y < 0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e位于第四象限； 步驟9 :將X、Y映射到第一象限，利用CORDIC算法計(jì)算出角度值^ ， ^取0 1023
的整數(shù)代表角度o 360度，然后根據(jù)上一步驟中e所在的象限確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置e， e
取0 1023的整數(shù)代表角度0 360度當(dāng)e位于第一象限時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置^ = ^; 當(dāng)e位于第二象限時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置^ = 512-^;
當(dāng)e位于第三象限時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置0 = 512 + ^;
當(dāng)e位于第四象限時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置^ = 1023-^>。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器輸出信號(hào)發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的具體步驟如下
步驟a:計(jì)算電機(jī)在兩次采樣間隔中旋轉(zhuǎn)的角度A 9 = c^AT，其中"r為電機(jī) 轉(zhuǎn)速，單位為rad/s，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率為f = lOOkHz，兩次采樣的時(shí)間間隔為AT = 1/
f = IOUS ; 步驟b :采用cordic求逆算法得到e e = e + A e的正弦值es/( e e)和 余弦值E。e*( e e)，若& 和未全部超出誤差
限，若esl =《a(^)-《(0)超出誤差限，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)有故障；若
& =《(^)-《(^)超出誤差限，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦信號(hào)有故障；所述的誤差限
取300，執(zhí)行步驟4 5 ; 步驟c :若& :《g機(jī))-《⑨和fcl =￡:G(eG)-￡c 全部超出誤差限，
利用cordic求逆算法得到e ' e = e - a e的正弦值Ese*( e ' e)和余弦值
E。/(e '》，若^-《e(《)-《(0超出誤差限，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)有故障；若 &=《。魄)-《的超出誤差限，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦有故障；所述的誤差限取
300 ; 步驟d:若旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)出現(xiàn)故障，將步驟5的數(shù)字余弦信號(hào)
ec*( e)，利用e。*( e)與es*( e)的正交關(guān)系轉(zhuǎn)換得到es**( e)，并以es**( e)替代數(shù)字正弦 信號(hào)Es*( e);若旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦信號(hào)出現(xiàn)故障，將步驟5的數(shù)字正弦信號(hào)Es*( e)，利用E/(e)與E、e)的正交關(guān)系轉(zhuǎn)換得到Er(e)，并以Er(e)替代數(shù)字余弦信號(hào) Ec*(e); 步驟e :繼續(xù)步驟6 9，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子位置9 。
權(quán)利要求
一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法，其特征在于將旋轉(zhuǎn)變壓器與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸安裝，檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的具體步驟如下步驟1將旋轉(zhuǎn)變壓器副邊輸出的兩路包含轉(zhuǎn)子位置角θ信息并正交的信號(hào)進(jìn)行差分轉(zhuǎn)單端，得到單端正弦信號(hào)Es(t，θ)＝Esin(ωt)sin(θ)和單端余弦信號(hào)Ec(t，θ)＝Esin(ωt)cos(θ)；所述的兩路包含轉(zhuǎn)子位置角θ信息并正交的信號(hào)為高頻正弦差分信號(hào)Es+(t，θ)和Es-(t，θ)，高頻余弦差分信號(hào)Ec+(t，θ)和Ec-(t，θ)；其中E為信號(hào)的有效值，ω為正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的參考信號(hào)Re fs的角頻率；步驟2將輸入到旋轉(zhuǎn)變壓器的由正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的正弦差分信號(hào)Re fs+和Re fs-轉(zhuǎn)變?yōu)閱味苏覅⒖夹盘?hào)-Re fs＝Esin(ωt)；步驟3將單端正弦信號(hào)Es(t，θ)與參考信號(hào)Re fs進(jìn)行疊加得到信號(hào)Re fs+Es(t，θ)，將單端余弦信號(hào)Ec(t，θ)與Re fs疊加得到信號(hào)Re fs+Ec(t，θ)；步驟4將Re fs+Es(t，θ)和Re fs+Ec(t，θ)中的高頻部分進(jìn)行濾除，得到包含轉(zhuǎn)子位置信息的模擬低頻正弦信號(hào)Es(θ)＝Esin(θ)+E和低頻余弦信號(hào)Ec(θ)＝Ecos(θ)+E；步驟5將模擬低頻正弦信號(hào)Es(θ)＝Esin(θ)+E和余弦信號(hào)Ec(θ)＝Ecos(θ)+E轉(zhuǎn)換成數(shù)字正弦信號(hào)Es*(θ)和數(shù)字余弦信號(hào)Ec*(θ)；步驟6求取數(shù)字信號(hào)Es*(θ)和Ec*(θ)的平均值；步驟7將數(shù)字正弦信號(hào)Es*(θ)減去，得到正弦信號(hào)輸入量Y，將數(shù)字余弦信號(hào)Ec*(θ)減去，得到余弦信號(hào)輸入量X；步驟8根據(jù)正弦信號(hào)輸入量Y和余弦信號(hào)輸入量X判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置所在象限當(dāng)X≥0且Y≥0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ落在0～90°范圍內(nèi)；當(dāng)X＜0且Y≥0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ落在90°～180°范圍內(nèi)；當(dāng)X＜0且Y＜0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ落在180°～270°范圍內(nèi)；當(dāng)X≥0且Y＜0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ落在270°～360°范圍內(nèi)；步驟9將X、Y映射到第一象限，利用CORDIC算法計(jì)算出角度值，然后根據(jù)上一步驟中θ所在的象限確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ當(dāng)0＜θ≤90°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置當(dāng)90°＜θ≤180°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置當(dāng)180°＜θ≤270°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置當(dāng)270°＜θ≤360°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置F2009102191642C0000011.tif,F2009102191642C0000012.tif,F2009102191642C0000013.tif,F2009102191642C0000021.tif,F2009102191642C0000022.tif,F2009102191642C0000023.tif,F2009102191642C0000024.tif,F2009102191642C0000025.tif
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法，其特征在于當(dāng)旋轉(zhuǎn)變壓器 輸出信號(hào)發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的具體步驟如下步驟a:計(jì)算電機(jī)在兩次采樣間隔中旋轉(zhuǎn)的角度A e = c^AT，其中c^為電機(jī)轉(zhuǎn)速， 單位為rad/s，模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣頻率為f，兩次采樣的時(shí)間間隔為AT = 1/f ;步驟b :采用cordic求逆算法得到e e = e + a e的正弦值es/( e e)和 余弦值Ej( e c)，若ssl =￡^(^)-《(0)和& =《G(^)-《(e)未全部超出誤差 限，若^,《;(^)-《的超出誤差限，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)有故障；若& :^G(^)-《的超出誤差限，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦信號(hào)有故障；所述的誤差限取數(shù)字信號(hào)的平均值^的^ * ，執(zhí)行步驟4 5 ;步驟C :若& =￡^(^)-《(0和& =￡二(^)-《(^)全部超出誤差限，利用cordic求逆算法得到e ' e二 e-a e的正弦值E^(e ' G)和余弦值E。/( e ' c)， 《=0-A^若^.《的超出誤差限，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)有故障；若^ =￡^(《)-《的超出誤差限，則說(shuō)明旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦有故障；所述的誤差限取數(shù)字信號(hào)的平均值7T的^—— C/ 50 100步驟d :若旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的正弦信號(hào)出現(xiàn)故障，將步驟5的數(shù)字余弦信號(hào)E。*( e )，利用E。、e)與E/(e)的正交關(guān)系轉(zhuǎn)換得到Er(e)，并以Er(e)替代數(shù)字正弦信號(hào)Es*( e);若旋轉(zhuǎn)變壓器輸出的余弦信號(hào)出現(xiàn)故障，將步驟5的數(shù)字正弦信號(hào)Es*( e)，利用 es*(e)與e/(e)的正交關(guān)系轉(zhuǎn)換得到Er(e)，并以Er(e)替代數(shù)字余弦信號(hào)e。*( e);步驟e :繼續(xù)步驟6 9，得到電機(jī)轉(zhuǎn)子位置9 。
3. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1和2所述的任一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法的裝置，其特征在于包括旋轉(zhuǎn)變壓器、正弦激勵(lì)電路、差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器、精密絕對(duì)值加法器、反相器和低通濾波器；旋轉(zhuǎn)變壓器與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸安裝，正弦激勵(lì)電路產(chǎn)生的高頻正弦差分 信號(hào)Re fs+，一路輸入到旋轉(zhuǎn)變壓器的原邊，旋轉(zhuǎn)變壓器副邊輸出的包含電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角e的Es+(t， e)和Es—(t， e)，ec+(t， e)和e?！?t， e)分別經(jīng)過(guò)兩個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器得到單 端正弦信號(hào)Ejt， e)和單端余弦信號(hào)E。(t， e);另一路，正弦激勵(lì)電路輸出的高頻正弦差分信號(hào)Re fs+經(jīng)過(guò)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閱味苏覅⒖夹盘?hào)-Re fs輸入反相器，反相器 輸出的Re fs分別與兩個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)輸入至各自的精密絕對(duì)值加法器，通 過(guò)精密絕對(duì)值加法器的疊加得到輸出信號(hào)Re fs+Es(t， e)和Re fs+E。(t， e);兩路精密絕 對(duì)值加法器的輸出信號(hào)輸入至各自的低通濾波器，經(jīng)過(guò)低通濾波器的濾波輸出與轉(zhuǎn)子位置 有關(guān)的低頻正弦信號(hào)Es ( e ) = Esin ( e ) +E和余弦信號(hào)Ec ( e ) = Ecos ( e) +E ;低通濾波器 的輸出經(jīng)過(guò)A/D模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸入至DSP。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的方法及裝置，其特征在于將旋轉(zhuǎn)變壓器與被測(cè)無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子同軸安裝，旋轉(zhuǎn)變壓器輸出兩路包含轉(zhuǎn)子位置信息并正交的高頻正余弦信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理或解算等方法獲得轉(zhuǎn)子位置信息。與目前應(yīng)用最為廣泛的是采用專(zhuān)用軸角數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Resolver-to-Digital Converter，簡(jiǎn)為RDC)等集成芯片加外圍配置電路進(jìn)行解算，此類(lèi)專(zhuān)用解算芯片對(duì)信號(hào)較為敏感并無(wú)容錯(cuò)功能，因此可靠性難以保障。本發(fā)明在RDC解算電路的基礎(chǔ)上，外加一個(gè)簡(jiǎn)單的信號(hào)調(diào)理電路，便可實(shí)現(xiàn)具有自監(jiān)測(cè)與容錯(cuò)功能的無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。
文檔編號(hào)H02P6/14GK101719752SQ20091021916
公開(kāi)日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日
發(fā)明者劉鵬, 盧剛, 周勇, 周奇勛, 季新杰, 張舉中, 張玉峰, 李聲晉, 趙凱 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)