多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法技术

一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法,该方法的步骤如下：将增量式光电编码器固定在永磁同步电机的转子轴上，使之与转子同轴转动，设编码器分辨率为r，编码器经四倍频后，编码器一周将产生四倍脉冲，即4r个脉冲。本发明专利技术用于检测永磁同步电机的转子磁极位置，适用于某些特殊条件下，转速低，相数多（如三相、六相、十二相、十五相等）的对称或不对称的永磁同步电机的转子磁极位置检测。本发明专利技术的新型传感器采用光电编码器结合相应的硬件电路，不完全依靠单片机的软件算法实现，避免了由于处理器死机造成造成传感器信号错误或丢失，从而使得电机控制系统不能正常运行。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及电机控制及传感器领域，更具体的说，涉及一种永磁电机的转子磁极位置检测的传感器技术，特别是针对多相对称和不对称电机。
技术介绍
：在永磁同步电机和永磁无刷直流电机中，要根据转子的磁极位置在各相线圈流过电流来产生所希望的力矩，因此需要一个位置检测装置为驱动器提供转子位置信号。利用位置传感器进行位置检测是最直接、最有效的方法。目前的位置传感器有三种：霍尔传感器、旋转变压器和光电编码器。用霍尔传感器检测的一般方法一种是安装三个相互偏移量为120°电角度的霍尔元件，这种安装方法将提供三条相互偏移120°的方波曲线。用旋转变压器检测时，其输出信号为模拟量,需与旋转变压器数字转换器配合才能转换成数字量。这两种传感器检测方法一般都需要软件控制辅助完成转子磁极位置检测与系统控制。这种方法常常因为处理器(如SCM、DSP等)的死机造成传感器信号错误或丢失，从而使得电机控制系统不能正常运行。另一种是在电机转子轴上安装位置编码器以获得确定转子角位置信号，最早的位置传感器是磁电式的，既笨重又复杂，已被淘汰，目前光电式的位置传感器和电磁式位置传感器广泛应用于无刷直流电动机中。增量式光电编码器在码盘转动过程中将产生A、B、Z三个脉冲信号。其中，A、B两组脉冲信号正交输出且频率相同，通过判断A、B脉冲的相位，可以判断电机正、反转运行状态。Z脉冲是同步信号，其产生位置固定且每一圈产生一个，Z信号可以用来消除干扰脉冲或丢失脉冲对位置计数器造成的累积误差。无位置传感器的位置检测方法是现在人们热衷研究的问题，但是在永磁同步电机处于静止或电机刚给电时，电机的定子绕组上没有能够反映转子位置的信号，因此不能用于永磁同步电机的初始定位。无位置传感器的位置检测法还存在计算量大、可靠性不高，存在软件延时等缺点。采用带定位信号U、V和W信号的增量式光电编码器结合矢量控制原理可以对永磁同步电机转子初始位置进行检测。多相永磁同步电机发展了三相永磁同步电动机的结构，多应用于航天、航空、船舶电动推进等领域，它相对于普通三相永磁同步电动机而言有诸多优势，如随着相数增多，电流谐波最低次数增大，谐波幅值降低，提高了系统稳定性，减小转矩脉动，提高了电机工作效率，同时减小了转子谐波损耗，另外一旦发生缺相等故障，系统仍然可以继续运行。本专利涉及的多相永磁同步电机其定子上的相绕组在位置上是不对称分布的，一种典型情况是：由几套独立的三相绕组构成不对称分布，这几套三相绕组分别是对称分布的，且位置相差一定电气角度，这种结构的电机其转子在磁、电结构上不对称，因此转子磁极位置不容易被确定。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术提供一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法，其目的是解决以往的设备所存在的问题。技术方案：一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法,其特征在于：该方法的步骤如下：将增量式光电编码器固定在永磁同步电机的转子轴上，使之与转子同轴转动，设编码器分辨率为r，编码器经四倍频后，编码器一周将产生四倍脉冲，即4r个脉冲。由于p对极电机的电气角度为360°p，因此，当不对称多相电机各相相差最小角度θ时，编码器转一周可以将电机分为N等份,由公式得：每一等份与转子位置对应的脉冲数为n，可由下面公式计算得出：也就是说，每产生n个脉冲，电机换相一次，脉冲数可以通过计数器计数得到，并将得到的脉冲数送给存储单元，再由存储单元调用预先存储的、与转子位置相对应的数据信息输出给换向电路，为电机提供正确的换相信息。本方法中存储单元采用并行输入输出方式，其中输入位数由编码器分辨率，也相当于计数的最大脉冲数决定，输出位数由电机的相数决定，存储器的其中一位输入预留给电机的正反转控制。优点及效果：本专利技术的提供一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法，针对上述存在的问题，结合不对称多相电机的结构特点，本专利技术用于检测永磁同步电机的转子磁极位置，适用于某些特殊条件下，转速低，相数多(如三相、六相、十二相、十五相等)的对称或不对称的永磁同步电机的转子磁极位置检测。本专利技术的新型传感器采用光电编码器结合相应的硬件电路，不完全依靠单片机的软件算法实现，避免了由于处理器死机造成造成传感器信号错误或丢失，从而使得电机控制系统不能正常运行。本专利技术的具体有益效果如下：首先，在总体结构上，本专利技术的新型传感器采用硬件电路搭建，处理器只用于实现简单的控制功能。采用这种结构，辅以光电编码器的Z脉冲复位功能，即使处理器死机，检测系统仍旧可以保持相对稳定运行，不至于出现传感器信号错误或丢失的现象。其次，对于磁和电结构不对称的多相电机而言，采用脉冲计数法，仅需要在前期进行合理计算，计算出每一相所对应的脉冲数，可以简化复杂的算法，并保证伺服系统的稳定性和定位精度，这种方法在对于精度要求不太高的伺服系统的应用中具有重大意义。附图说明：图1是本专利技术的整体结构流程图。图2是双三相永磁同步电机绕组结构。图3是双三相永磁同步电机相量关系时序示意图。其中以A相相位为基准，X＝A+30°，B＝A+120°，Y＝B+30°，C＝B+120°，Z＝C+30°图4是双三相永磁同步电机换相信息表。图5是十五相永磁同步电机绕组结构。图6是十五相电机相量关系时序图。其中每相相差24°。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：如图1所示，本专利技术提供一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法,该方法的步骤如下：将增量式光电编码器固定在永磁同步电机的转子轴上，使之与转子同轴转动，设编码器分辨率为r(r一般有1000线、2000线、1024线、2048线等)，编码器经四倍频后，编码器一周将产生四倍脉冲，即4r个脉冲。由于p对极电机的电气角度为360°p，因此，当不对称多相电机各相相差最小角度θ时，编码器转一周可以将电机分为N等份,由公式得：每一等份与转子位置对应的脉冲数为n，可由下面公式计算得出：也就是说，每产生n个脉冲，电机换相一次，脉冲数可以通过计数器计数得到，并将得到的脉冲数送给存储单元，再由存储单元调用预先存储的、与转子位置相对应的数据信息输出给换向电路，为电机提供正确的换相信息。本方法中存储单元采用并行输入输出方式，其中输入位数由编码器分辨率，也相当于计数的最大脉冲数决定，输出位数由电机的相数决定，存储器的其中一位输入预留给电机的正反转控制。实施例1：以48槽44极的不对称六相永磁同步电机为例，如附图2所示，定子上六个相绕组按照不对称分布方式，由两套独立的三相绕组构成，这两套三相绕组分别是对称分布(空间相差120°)，且位置差30°电气角度，称为30°移相双“Y”的六相绕组(也称为双三相绕组、半十二相绕组等)。选用分辨率为2000线的增量式光电编码器，与转子同轴转动。为了确定永磁同步电机的转子初始位置，需要选用带定位信号U、V和W信号的增量式光电编码器结合矢量控制原理转子初始位置进行检测。编码器安装好后，编码器U信号和Z触发信号的位置是固定的，和A相绕组轴线存在着对应关系，但电机转子位置是随机的。用Z脉冲作为复位脉冲的重要前提是：Z信号和A相轴线是重合的，由于安装误差可能导致不重合，可以辅助软件调零。对于44极的六相(30°移相双“Y”绕组，下面统称为双三相永磁同步电机)永磁同步电机来说，p本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法,其特征在于：该方法的步骤如下：将增量式光电编码器固定在永磁同步电机的转子轴上，使之与转子同轴转动，设编码器分辨率为r，编码器经四倍频后，编码器一周将产生四倍脉冲，即4r个脉冲。由于p对极电机的电气角度为360°p，因此，当不对称多相电机各相相差最小角度θ时，编码器转一周可以将电机分为N等份,由公式得：每一等份与转子位置对应的脉冲数为n，可由下面公式计算得出：也就是说，每产生n个脉冲，电机换相一次，脉冲数可以通过计数器计数得到，并将得到的脉冲数送给存储单元，再由存储单元调用预先存储的、与转子位置相对应的数据信息输出给换向电路，为电机提供正确的换相信息。

【技术特征摘要】
2015.08.28 CN 20151054351311.一种多相电机转子磁极位置检测的新型传感器信号处理方法,其特征在于：该方法的步骤如下：将增量式光电编码器固定在永磁同步电机的转子轴上，使之与转子同轴转动，设编码器分辨率为r，编码器经四倍频后，编码器一周将产生四倍脉冲，即4r个脉冲。由于p对极电机的电气角度为360°p，因此，当不对称多相电机各相相差最小角度θ时，编码器转一周可以将电机分为N等份,由公式得：每一等份与转子位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，于爽，侯敏，董婷，彭兵，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21