背景技術(shù)：
：在永磁同步電機(jī)和永磁無刷直流電機(jī)中，要根據(jù)轉(zhuǎn)子的磁極位置在各相線圈流過電流來產(chǎn)生所希望的力矩，因此需要一個(gè)位置檢測(cè)裝置為驅(qū)動(dòng)器提供轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。

利用位置傳感器進(jìn)行位置檢測(cè)是最直接、最有效的方法。目前的位置傳感器有三種：霍爾傳感器、旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器。用霍爾傳感器檢測(cè)的一般方法一種是安裝三個(gè)相互偏移量為120°電角度的霍爾元件，這種安裝方法將提供三條相互偏移120°的方波曲線。用旋轉(zhuǎn)變壓器檢測(cè)時(shí)，其輸出信號(hào)為模擬量,需與旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器配合才能轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這兩種傳感器檢測(cè)方法一般都需要軟件控制輔助完成轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)與系統(tǒng)控制。這種方法常常因?yàn)樘幚砥?如SCM、DSP等)的死機(jī)造成傳感器信號(hào)錯(cuò)誤或丟失，從而使得電機(jī)控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。另一種是在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸上安裝位置編碼器以獲得確定轉(zhuǎn)子角位置信號(hào)，最早的位置傳感器是磁電式的，既笨重又復(fù)雜，已被淘汰，目前光電式的位置傳感器和電磁式位置傳感器廣泛應(yīng)用于無刷直流電動(dòng)機(jī)中。增量式光電編碼器在碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中將產(chǎn)生A、B、Z三個(gè)脈沖信號(hào)。其中，A、B兩組脈沖信號(hào)正交輸出且頻率相同，通過判斷A、B脈沖的相位，可以判斷電機(jī)正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)。Z脈沖是同步信號(hào)，其產(chǎn)生位置固定且每一圈產(chǎn)生一個(gè)，Z信號(hào)可以用來消除干擾脈沖或丟失脈沖對(duì)位置計(jì)數(shù)器造成的累積誤差。

無位置傳感器的位置檢測(cè)方法是現(xiàn)在人們熱衷研究的問題，但是在永磁同步電機(jī)處于靜止或電機(jī)剛給電時(shí)，電機(jī)的定子繞組上沒有能夠反映轉(zhuǎn)子位置的信號(hào)，因此不能用于永磁同步電機(jī)的初始定位。無位置傳感器的位置檢測(cè)法還存在計(jì)算量大、可靠性不高，存在軟件延時(shí)等缺點(diǎn)。采用帶定位信號(hào)U、V和W信號(hào)的增量式光電編碼器結(jié)合矢量控制原理可以對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置進(jìn)行檢測(cè)。

多相永磁同步電機(jī)發(fā)展了三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，多應(yīng)用于航天、航空、船舶電動(dòng)推進(jìn)等領(lǐng)域，它相對(duì)于普通三相永磁同步電動(dòng)機(jī)而言有諸多優(yōu)勢(shì)，如隨著相數(shù)增多，電流諧波最低次數(shù)增大，諧波幅值降低，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高了電機(jī)工作效率，同時(shí)減小了轉(zhuǎn)子諧波損耗，另外一旦發(fā)生缺相等故障，系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運(yùn)行。本專利涉及的多相永磁同步電機(jī)其定子上的相繞組在位置上是不對(duì)稱分布的，一種典型情況是：由幾套獨(dú)立的三相繞組構(gòu)成不對(duì)稱分布，這幾套三相繞組分別是對(duì)稱分布的，且位置相差一定電氣角度，這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)其轉(zhuǎn)子在磁、電結(jié)構(gòu)上不對(duì)稱，因此轉(zhuǎn)子磁極位置不容易被確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種多相電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)的新型傳感器信號(hào)處理方法，其目的是解決以往的設(shè)備所存在的問題。

技術(shù)方案：

一種多相電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)的新型傳感器信號(hào)處理方法,其特征在于：該方法的步驟如下：

將增量式光電編碼器固定在永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，使之與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)編碼器分辨率為r，編碼器經(jīng)四倍頻后，編碼器一周將產(chǎn)生四倍脈沖，即4r個(gè)脈沖。由于p對(duì)極電機(jī)的電氣角度為360°p，因此，當(dāng)不對(duì)稱多相電機(jī)各相相差最小角度θ時(shí)，編碼器轉(zhuǎn)一周可以將電機(jī)分為N等份,由公式得：

每一等份與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為n，可由下面公式計(jì)算得出：

也就是說，每產(chǎn)生n個(gè)脈沖，電機(jī)換相一次，脈沖數(shù)可以通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)得到，并將得到的脈沖數(shù)送給存儲(chǔ)單元，再由存儲(chǔ)單元調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)的、與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息輸出給換向電路，為電機(jī)提供正確的換相信息。

本方法中存儲(chǔ)單元采用并行輸入輸出方式，其中輸入位數(shù)由編碼器分辨率，也相當(dāng)于計(jì)數(shù)的最大脈沖數(shù)決定，輸出位數(shù)由電機(jī)的相數(shù)決定，存儲(chǔ)器的其中一位輸入預(yù)留給電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。

優(yōu)點(diǎn)及效果：本發(fā)明的提供一種多相電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)的新型傳感器信號(hào)處理方法，針對(duì)上述存在的問題，結(jié)合不對(duì)稱多相電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本發(fā)明用于檢測(cè)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極位置，適用于某些特殊條件下，轉(zhuǎn)速低，相數(shù)多(如三相、六相、十二相、十五相等)的對(duì)稱或不對(duì)稱的永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)。本發(fā)明的新型傳感器采用光電編碼器結(jié)合相應(yīng)的硬件電路，不完全依靠單片機(jī)的軟件算法實(shí)現(xiàn)，避免了由于處理器死機(jī)造成造成傳感器信號(hào)錯(cuò)誤或丟失，從而使得電機(jī)控制系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

本發(fā)明的具體有益效果如下：首先，在總體結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明的新型傳感器采用硬件電路搭建，處理器只用于實(shí)現(xiàn)簡單的控制功能。采用這種結(jié)構(gòu)，輔以光電編碼器的Z脈沖復(fù)位功能，即使處理器死機(jī)，檢測(cè)系統(tǒng)仍舊可以保持相對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行，不至于出現(xiàn)傳感器信號(hào)錯(cuò)誤或丟失的現(xiàn)象。其次，對(duì)于磁和電結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的多相電機(jī)而言，采用脈沖計(jì)數(shù)法，僅需要在前期進(jìn)行合理計(jì)算，計(jì)算出每一相所對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，可以簡化復(fù)雜的算法，并保證伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性和定位精度，這種方法在對(duì)于精度要求不太高的伺服系統(tǒng)的應(yīng)用中具有重大意義。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)流程圖。

圖2是雙三相永磁同步電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)。

圖3是雙三相永磁同步電機(jī)相量關(guān)系時(shí)序示意圖。其中以A相相位為基準(zhǔn)，X＝A+30°，B＝A+120°，Y＝B+30°，C＝B+120°，Z＝C+30°

圖4是雙三相永磁同步電機(jī)換相信息表。

圖5是十五相永磁同步電機(jī)繞組結(jié)構(gòu)。

圖6是十五相電機(jī)相量關(guān)系時(shí)序圖。其中每相相差24°。

具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

如圖1所示，本發(fā)明提供一種多相電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極位置檢測(cè)的新型傳感器信號(hào)處理方法,該方法的步驟如下：

將增量式光電編碼器固定在永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，使之與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)編碼器分辨率為r(r一般有1000線、2000線、1024線、2048線等)，編碼器經(jīng)四倍頻后，編碼器一周將產(chǎn)生四倍脈沖，即4r個(gè)脈沖。由于p對(duì)極電機(jī)的電氣角度為360°p，因此，當(dāng)不對(duì)稱多相電機(jī)各相相差最小角度θ時(shí)，編碼器轉(zhuǎn)一周可以將電機(jī)分為N等份,由公式得：

每一等份與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為n，可由下面公式計(jì)算得出：

也就是說，每產(chǎn)生n個(gè)脈沖，電機(jī)換相一次，脈沖數(shù)可以通過計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)得到，并將得到的脈沖數(shù)送給存儲(chǔ)單元，再由存儲(chǔ)單元調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)的、與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息輸出給換向電路，為電機(jī)提供正確的換相信息。

本方法中存儲(chǔ)單元采用并行輸入輸出方式，其中輸入位數(shù)由編碼器分辨率，也相當(dāng)于計(jì)數(shù)的最大脈沖數(shù)決定，輸出位數(shù)由電機(jī)的相數(shù)決定，存儲(chǔ)器的其中一位輸入預(yù)留給電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。

實(shí)施例1：以48槽44極的不對(duì)稱六相永磁同步電機(jī)為例，如附圖2所示，定子上六個(gè)相繞組按照不對(duì)稱分布方式，由兩套獨(dú)立的三相繞組構(gòu)成，這兩套三相繞組分別是對(duì)稱分布(空間相差120°)，且位置差30°電氣角度，稱為30°移相雙“Y”的六相繞組(也稱為雙三相繞組、半十二相繞組等)。選用分辨率為2000線的增量式光電編碼器，與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為了確定永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子初始位置，需要選用帶定位信號(hào)U、V和W信號(hào)的增量式光電編碼器結(jié)合矢量控制原理轉(zhuǎn)子初始位置進(jìn)行檢測(cè)。編碼器安裝好后，編碼器U信號(hào)和Z觸發(fā)信號(hào)的位置是固定的，和A相繞組軸線存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，但電機(jī)轉(zhuǎn)子位置是隨機(jī)的。用Z脈沖作為復(fù)位脈沖的重要前提是：Z信號(hào)和A相軸線是重合的，由于安裝誤差可能導(dǎo)致不重合，可以輔助軟件調(diào)零。

對(duì)于44極的六相(30°移相雙“Y”繞組，下面統(tǒng)稱為雙三相永磁同步電機(jī))永磁同步電機(jī)來說，p＝22，一圓周的電氣角度為22×360°＝7920°電氣角度，如附圖2的所示，該電機(jī)各相相差最小角度為30°，因此，編碼器轉(zhuǎn)一周可以將電機(jī)分為N等份,由公式得：

即，編碼器轉(zhuǎn)一周可以將44極的雙三相電機(jī)分為264等份，與轉(zhuǎn)子同軸的編碼器旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生264次換相信號(hào)。

以分辨率為2000線的編碼器用于檢測(cè)雙三相永磁同步電機(jī)為例，2000線編碼器經(jīng)四倍頻電路倍頻后，一周將產(chǎn)生8000個(gè)脈沖，因此，44極的雙三相電機(jī)每極每相與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)n:

即，每產(chǎn)生約30(或31，具體根據(jù)精度做調(diào)整)個(gè)脈沖，電機(jī)換相一次，換相信號(hào)根據(jù)附圖4所示的規(guī)律產(chǎn)生的十二個(gè)二進(jìn)制序列碼，作為換相信號(hào)，這十二個(gè)換相信號(hào)與產(chǎn)生的脈沖數(shù)對(duì)應(yīng)著存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，等待調(diào)用，也就是說，與轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的編碼器旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生264個(gè)不同的序列的換相信號(hào)，由計(jì)數(shù)器每計(jì)數(shù)約30個(gè)脈沖數(shù)時(shí)，則從存儲(chǔ)器調(diào)用相關(guān)的換相序列信號(hào)(如附圖4)，并輸出對(duì)應(yīng)的換相序列信號(hào)給換相線路，從而實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的換相。具體的實(shí)施流程如圖1所示，檢測(cè)過程為：光電編碼器與永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器產(chǎn)生脈沖經(jīng)過四倍頻電路倍頻之后，由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，再根據(jù)脈沖數(shù)調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的雙三相永磁同步電機(jī)的十二個(gè)換相狀態(tài)信息(如附圖4所示)，該換相信息與對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)，通過存儲(chǔ)器查表調(diào)用得到，調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)的、與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息輸出給換向電路，為電機(jī)提供正確的換向信息。其中存儲(chǔ)器的輸入位數(shù)與輸入的最大脈沖數(shù)有關(guān)，輸出位數(shù)與電機(jī)相數(shù)有關(guān)。

對(duì)于實(shí)例1，對(duì)于分辨率為2000線的光電編碼器存儲(chǔ)器，四倍頻后最多產(chǎn)生8000個(gè)脈沖，由于2¹³＝8192，因此并聯(lián)輸入方式的存儲(chǔ)器至少需要13位并行I/O口。輸出位數(shù)與電機(jī)相數(shù)有關(guān)，因此至少需要6位并行輸出I/0口，輸出六位二進(jìn)制數(shù)，用于電機(jī)換相。

實(shí)施例2：以48槽44極的十五相永磁同步電機(jī)為例，如圖5所示，p＝22，一圓周的電氣角度為22×360°＝7920°電氣角度，電機(jī)各相之間相差角度為24°，因此，編碼器轉(zhuǎn)一周可以將電機(jī)分為N等份,由公式得：

即，編碼器轉(zhuǎn)一周可以將44極的雙三相電機(jī)分為330等份，與轉(zhuǎn)子同軸的編碼器旋轉(zhuǎn)一周將產(chǎn)生330次換相信號(hào)。

以分辨率為2000線的編碼器用于檢測(cè)雙三相永磁同步電機(jī)為例，2000線編碼器經(jīng)四倍頻電路倍頻后，一周將產(chǎn)生8000個(gè)脈沖，因此，44極的雙三相電機(jī)每極每相與轉(zhuǎn)子位置對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)n:

即，每產(chǎn)生約24(或25，具體根據(jù)精度做調(diào)整)個(gè)脈沖，電機(jī)換相一次，換相信號(hào)根據(jù)附圖6所示的規(guī)律產(chǎn)生的30個(gè)二進(jìn)制序列碼，其中高電平用二進(jìn)制數(shù)“1”表示，低電平用二進(jìn)制數(shù)“0”表示，圖中沒有畫出。檢測(cè)過程為：光電編碼器與永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器產(chǎn)生脈沖經(jīng)過四倍頻電路倍頻之后，由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)，再根據(jù)脈沖數(shù)調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的十五相電機(jī)的30個(gè)換相狀態(tài)信息(如附圖6所示)，該換相信息與對(duì)應(yīng)脈沖數(shù)相對(duì)應(yīng)，通過存儲(chǔ)器查表調(diào)用得到，調(diào)用預(yù)先存儲(chǔ)的、與轉(zhuǎn)子位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息輸出給換向電路，為電機(jī)提供正確的換向信息。對(duì)于分辨率為2000線的編碼器而言，存儲(chǔ)器的輸入位數(shù)仍為13位并行輸入，與實(shí)例1相同，輸出位數(shù)與電機(jī)相數(shù)有關(guān)，為15位并行輸出I/O口。