用于计算三相系统的相移或幅度的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于计算电磁三相系统的相移或幅度的方法。该方法包括以下步骤：通过三个传感器检测对应于电磁量的矢量值，所述三个传感器传送基本上偏移0°、120°和240°的信号；通过将检测到的矢量值中的一个矢量值的逻辑返回到0°的相位来计算改变的矢量值，以及使用所述改变的矢量值迭代地计算三相系统的相移。

A method for calculating phase shift or amplitude of a three phase system

The present invention discloses a method for calculating the phase shift or amplitude of an electromagnetic three-phase system. The method comprises the following steps: vector through three sensors corresponding to the electromagnetic signal values, 120 degrees and 240 degrees of the three sensor transmission basically offset 0 degrees; vector returned by a vector of the detected values in the logic to 0 degrees to calculate the phase change the value and phase shift vector using the change of the value iteration calculation of three-phase system.

【技术实现步骤摘要】
用于计算三相系统的相移或幅度的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年7月15日提交的德国专利申请DE102016113126.1的权益和优先权。德国专利申请DE102016113126的全部公开内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种用于计算电磁三相系统的相移或幅度的方法以及用于执行该方法并计算角度的装置。
技术介绍
到目前为止，已经使用所谓的Clarke变换(也称为α-β变换)来处理三相系统(例如，三相电机)中的磁矢量的旋转角度，该Clarke变换将三相系统的数据转换为直角坐标系，并随后使用算法计算旋转角度。通常，使用所谓的Cordic算法用于该计算。迄今为止的方法的缺点在于，在该方法开始时需要附加的计算步骤，以便决定在哪个象限中设置磁场矢量。已知用于非接触式检测和计算旋转角度的其它方法。例如，从美国专利no.8,736,258(Trontelj)已知一种在集成电路中使用多个磁传感器元件的方法。集成电路布置在永磁体的下方。磁传感器元件的信号被组合以检测旋转角度。从公开的德国申请DE10320057A1已知具有霍尔效应元件的角度读取器。角度读取器在半导体基板上具有八个水平霍尔传感器结构，所述霍尔传感器结构沿着围绕对称中心的圆线布置成45°的角度距离。这八个传感器一起形成四个灵敏度轴，其中两个可以在每种情况下一起用作独立的角度传感器。角度读取器可以确定布置在对称传感器上方的可旋转支撑的永磁体的角度。在这种以前已知的方法中，计算步骤相对复杂。
技术实现思路
提出了一种用于计算电磁三相系统的幅度和/或相移的简化方法，该方法包括通过至少三个传感器检测对应于电磁量的矢量值。这三个传感器传送三个值作为矢量值，它们基本上偏移0°、120°和240°。通过逻辑返回将矢量值复位为0°的相位。可以基于更彻底的计算来计算三相系统的相移和/或幅度。在本专利技术的一个方面，使用六个传感器来检测信号。这六个传感器在围绕对称中心的圆线上以60°的角度距离布置。来自分别相对设置的传感器的测量值被组合以传送信号。该方法例如用于计算旋转角度值的系统中，其中使用处理器来执行该方法。该方法和系统可以用于例如无刷电机中。附图说明以下将参照附图更详细地说明本专利技术。已显示：图1是可旋转永磁体和集成电路中的传感器的概观；图2是三相系统的值；图3是磁矢量值；以及图4是方法的序列。具体实施方式图1示出了本说明书的角度检测系统5的概观，所述角度检测系统5计算可旋转永磁体10的旋转角度在所示实施例中的可旋转永磁体10是四极磁体，并且布置在传感器板20上方。传感器板20具有用于检测永磁体10的磁场的六个传感器，这些传感器在围绕对称中心50的圆线30上以大约60°的角度距离布置。传感器25例如是水平霍尔效应传感器，其传送对应于检测到的磁场的值的信号。可以组合来自分别相对设置(即，在每种情况下偏移180°)的传感器25的信号，以便传送每对的一个单个信号Su、Sv、Sw。该组合在图1中表示出，并且示出了从传感器25的对组合的三个场矢量U、V和W的归一化信号Su、Sv、Sw。角度检测系统5还包括处理器40，处理器40接收来自传感器25的信号并根据以下方法处理这些信号。图3示出了相应的三个磁场矢量U、V和W。本专利技术基于将这些矢量中的一个(例如，U矢量)返回到0°的角度的想法，以能够计算角度。可以随后使用已知的CORDIC方法来计算旋转角度因此，本专利技术涉及将CORDIC方法扩展到三相系统。使用以下规则逐步地执行用于计算旋转角度的方法。从三个测量的传感器信号Su、Sv、Sw和旋转角度来计算新信号Su'、Sv'、Sw'和新的旋转角度Su'＝Su–A*(Sv–Sw)，(1)Sv'＝Sv–A*(Sw–Su)，(2)Sw'＝Sw–A*(Su–Sv)，(3)参数A选择为A＝R*2n，其中n是整数。通过选择2的幂，乘法被减少到移位操作。参数R为+1或-1，并且对应于旋转方向，因此对应于Sw-Sv的符号。该方法从测量值Su、Sv、Sw开始，用和n＝1迭代数次。因此，迭代仅需要加法运算，并且可以不进行乘法。为了计算旋转角度例如对于角度分辨率为1度，可以使用其中n＝1、0、...、-10的的值的系数表。列“最大旋转范围”用于验证该方法。从最上面的行可以看出，旋转范围可以检测到222°的最大值。在另一个实施例中，信号Su'、Sv'、Sw'在每个迭代步骤中以值cos(p)进行缩放，其中因此，例如(从1)Su'＝cos(p)*(Su–A*(Sv–Sw))(5)因此，维持分量的幅度缩放，并且在迭代结束时Su'的值对应于原始测量信号的幅度。等式(5)需要每个迭代步骤进行三次乘法，即在10次迭代步骤中，总共使用30次乘法。为了最小化这个计算工作，可以首先在没有缩放cos(p)的情况下计算等式。随后在所有迭代步骤结束时执行一次缩放，这是因为所有cos(p)的乘积对于固定数量的迭代步骤是恒定的。因此，在这方面只执行三次乘法。缩放的值也可以存储在系数表中。也可以在执行迭代步骤时对矢量值进行缩放，从而矢量值不会变得太大，例如以避免计算机单元中的溢出。该缩放可以使用移位操作来实现，并且必须在最终缩放中考虑。本说明书的方法来自三相系统的性质。已知三相系统中的三个场矢量U、V和W之和必须为零。由此得出以下公式：因此，例如在x轴上的相应分量的和是：pu，x+pv，x+pw，x＝0(7)场矢量中的每一个具有相同的长度V：这导致：在相应的x轴和y轴上的分量是：因此，可以确定y方向上的分量。从(12)导出矢量的长度：由此得到以下公式：从(5)：(11)乘以2：利用二项式公式像(1)中一样，这导致：从Cordic方法使用旋转矩阵。如下从旧值导出每次迭代后的新值因此：现在我们考虑U矢量的X分量的计算：从(19)：类似的公式产生了pv，x和pw，x的值。为了简化Cordic方法，选择以使得对于n次迭代使用3的平方根的平方根来源于用于三相系统的Cordic方法的修改。因此，可以用以下步骤编程算法。这在图4中示出。开始点是步骤400。在这种情况下，角度是＝0°。有关的迭代是第一个(i＝1)和n＝1。在步骤410中，由以下公式的符号(sgn)确定旋转方向。旋转方向＝sgn(pw，x-pv，x)(24)如下在步骤320中计算值pu，x、pv，x和pw，x：因此，在第一次迭代之后角度具有以下值：在下一个步骤430中，迭代值被提升1，即迭代i＝i+1，并且旋转值减少一半，即N＝n-1。只要迭代值低于最大迭代次数(步骤440)，则重复步骤420中的计算，其中Angleold的值对应于在先前迭代中计算的值Anglenew。当达到最大迭代次数时，采用值Anglenew。具有arctan值(第三列)的系数表被存储在处理器40中并加速了计算。该系数表以“查找”表的形式实现，可以对“查找”表进行快速数据访问。从该系数表中可以看出，迭代次数越高，角度的变化变得越来越小。当达到要求的精度时，计算结束。该方法可以直接处理来自三相系统的数据，这是因为该算法可以将矢量转过超过+-220°(系数表中的第一次迭代)。由于包括超过180°的旋转范围，该方法对于错误的决定是鲁棒的。通过组合相对设置的传感器25的信号，也补偿了偏移。本专利技术的角度检测系统5例如用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于计算电磁三相系统的相移或幅度的方法，包括：通过三个传感器检测对应于电磁量的矢量值，所述三个传感器传送基本上偏移0°、120°和240°的信号；通过将检测到的矢量值中的一个矢量值逻辑返回到0°的相位来计算改变的矢量值；以及使用所述改变的矢量值迭代地计算三相系统的所述相移。

【技术特征摘要】
2016.07.15 DE 102016113126.11.一种用于计算电磁三相系统的相移或幅度的方法，包括：通过三个传感器检测对应于电磁量的矢量值，所述三个传感器传送基本上偏移0°、120°和240°的信号；通过将检测到的矢量值中的一个矢量值逻辑返回到0°的相位来计算改变的矢量值；以及使用所述改变的矢量值迭代地计算三相系统的所述相移。2.根据权利要求1所述的方法，其中通过组合相对设置的传感器来...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·胡博兹，
申请(专利权)人：TDKMICRONAS有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE