本公開涉及分解器、以及用于確定與其相關聯(lián)的旋轉位置的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

包括可旋轉構件的裝置可采用分解器來監(jiān)測轉子的角位置及旋轉速度。作為非限制性示例，動力系系統(tǒng)可采用電動扭矩機器來產(chǎn)生牽引扭矩以便推進。已知的扭矩機器包括多相電動機/發(fā)電機，其經(jīng)由高壓電氣總線及反相器模塊電性聯(lián)接至能量存儲裝置。扭矩機器可使用分解器來監(jiān)測旋轉位置及旋轉速度，并將此類信息用于其控制及操作。

分解器是包括轉子及定子的機電轉換器，轉子具有聯(lián)接至可旋轉構件的激勵繞組，定子具有聯(lián)接至裝置的非旋轉構件的次級繞組，其中初級繞組與次級繞組之間的電磁聯(lián)接隨轉子的旋轉位置而變化。初級繞組可用正弦信號來激勵，該正弦信號會感應次級繞組中的差動輸出信號。電性聯(lián)接至次級繞組上的幅度涉及轉子相對于定子的旋轉位置以及被稱為分解器變換系數(shù)的衰減因數(shù)。在某些實施例中，分解器是可變磁阻分解器，其中激勵繞組設置在定子中，且轉子與定子之間的氣隙是在轉子上進行調制，該轉子根據(jù)旋轉位置而對變換系數(shù)進行調制。由于次級繞組通過90/pp度機械旋轉而機械移位，因此來自次級繞組的輸出信號可通過相對于彼此90度旋轉而進行相移，其中pp是分解器的極對的數(shù)量。因此，基于機械旋轉除電性極對的數(shù)量而確定電性旋轉。初級繞組可用正弦波參考信號來激勵，該正弦波參考信號會感應次級繞組上的差動輸出信號。分解器輸入與差動輸出信號之間的關系可用于確定轉子的旋轉角的正弦和余弦。因此，可分析分解器輸入信號與分解器輸出信號之間的關系以動態(tài)地確定轉子(以及因此旋轉構件)的角位置及旋轉速度。

采用分解器的已知系統(tǒng)具有分解器至數(shù)字轉換集成電路裝置以處理來自分解器的輸入信號，從而產(chǎn)生可由控制器采用的旋轉信息。

技術實現(xiàn)要素：

本文描述一種用于監(jiān)測設置在可旋轉構件上的分解器的裝置，其包括控制器，該控制器包括微處理器電路及連接至分解器的接口電路，其中微處理器電路包括雙核中央處理單元(cpu)、脈沖發(fā)生器、σ-δ模數(shù)轉換器(sdadc)、全局存儲裝置、內部通信總線以及直接存儲器訪問裝置(dma)。脈沖發(fā)生器電性連接至分解器的激勵繞組。sdadc電性連接至分解器的次級繞組，其中sdadc包括與通信總線通信的存儲緩沖器。雙核cpu包括第一cpu及第二cpu。時鐘同步地控制sdadc、脈沖發(fā)生器、第一cpu及第二cpu的時鐘速度。微處理器電路被設置成控制脈沖發(fā)生器以產(chǎn)生可傳送至分解器的激勵繞組的激勵脈沖，并控制sdadc以捕獲來自分解器的次級繞組的數(shù)據(jù)并將所捕獲數(shù)據(jù)存儲在存儲緩沖器中?？刂芼ma以經(jīng)由通信總線將所捕獲數(shù)據(jù)從存儲緩沖器傳送至全局存儲裝置。執(zhí)行控制例行程序以檢測所捕獲數(shù)據(jù)的包絡，并且基于所檢測包絡而確定分解器的轉子位置。

結合附圖，從以下用于實現(xiàn)由所附權利要求界定的本發(fā)明的一些最佳模式及其他實施例的詳細描述中，能夠很容易了解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點、以及其他特征和優(yōu)點。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖通過舉例的方式來描述一個或多個實施例，在附圖中：

圖1及圖2示意性地示出了根據(jù)本公開的經(jīng)由可旋轉構件可旋轉地聯(lián)接至負載的電動機，該電動機是由分解器監(jiān)測并由電動機控制器控制；

圖3示意性地顯示了根據(jù)本公開的參照圖1及圖2描述的電動機控制器的細節(jié)，該電動機控制器包括微處理器電路及接口電路，其中微處理器電路包括雙核cpu、脈沖發(fā)生器以及σ-δ模數(shù)轉換器(sdadc)；

圖4以曲線圖形式顯示了根據(jù)本公開的來自分解器的次級繞組的輸出信號，其包括正弦(sin)信號及余弦(cos)信號以及可從輸出信號sin及cos提取的對應包絡信號sinenv及cosenv；

圖5以曲線圖形式顯示了根據(jù)本公開的與電動機控制器的雙核cpu的元件的操作相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，其包括獨立地執(zhí)行來自分解器的數(shù)據(jù)的處理以及電動機的控制；

圖6以曲線圖形式顯示了根據(jù)本公開的與分解器的實施例的操作相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，包括來自脈沖發(fā)生器的波形、分解器激勵信號、以及從分解器的實施例輸出的初級信號和次級信號；以及

圖7示意性地顯示了根據(jù)本公開的用于控制分解器的實施例的軟件流程圖的細節(jié)，包括用于根據(jù)次級繞組的信號輸出而產(chǎn)生包絡信息的中斷例行程序。

具體實施方式

現(xiàn)在參照附圖，其中描繪僅用于例示某些示例性實施例而并非用于限制這些實施例的目的，圖1及圖2示意性地示出了用于控制電動機10的操作的電動機控制系統(tǒng)的細節(jié)，電動機10經(jīng)由剛性可旋轉構件16可旋轉地聯(lián)接至負載17，其中可旋轉構件16的旋轉位置是由分解器20監(jiān)測，且操作是通過電動機控制器40進行控制。如圖所示，分解器20設置在電動機10的遠離負載17的一側上，但分解器20可設置在任何適當位置以監(jiān)測可旋轉構件16的旋轉。作為非限制性示例，負載17可為聯(lián)接至驅動輪19的齒輪箱18，當用作陸上車輛的動力系系統(tǒng)的一部分時，驅動輪19與地面互相配合。本文所描述的概念可適用于包括裝置的可旋轉構件16的任何構造，其中分解器20監(jiān)測可旋轉構件16以確定其旋轉位置及速度。

電動機10可為任何合適的電動機/發(fā)電機裝置(例如永磁裝置)，并包括定子14及轉子12。如圖所示，定子14是環(huán)形裝置，且轉子12同軸地設置在可旋轉構件16內并聯(lián)接至可旋轉構件16?？蛇x地，轉子12可被構造成環(huán)形裝置，其中同軸定子14設置在內。電動機10的操作是通過電動機控制器40進行控制，電動機控制器40優(yōu)選地包括經(jīng)由通信鏈路42與控制器50信號通信的反相器45。反相器45電性連接至電動機10的定子14以傳送電能，從而或者產(chǎn)生被傳送至可旋轉構件16的轉子12上的扭矩，或者抵抗從可旋轉構件16傳送的轉子12上的扭矩?？刂破?0與分解器20通信以監(jiān)測可旋轉構件16的旋轉位置。

分解器20包括固定地附裝至可旋轉構件16的分解器轉子22以及附裝至接地元件(例如電動機殼體)的分解器定子24。分解器轉子22可包括初級電繞組(此處稱為激勵繞組23)，并且分解器定子24包括兩個次級電繞組(此處分別稱為第一次級繞組25和第二次級繞組26)。可選地，分解器20可為可變磁阻分解器，其具有設置在分解器定子24上的激勵繞組23以及第一次級繞組25和第二次級繞組26，其中分解器轉子22對其之間的氣隙進行調制以在第一次級繞組25和第二次級繞組26上產(chǎn)生輸出信號。

激勵繞組23以及第一次級繞組25和第二次級繞組26作為可變聯(lián)接變壓器而操作。在操作中，控制器50優(yōu)選地以模擬正弦參考信號的形式將激勵信號經(jīng)由第一線路33而傳遞至激勵繞組23。在某些實施例中，正弦參考信號的頻率在1khz與15khz之間的范圍內。第一次級繞組25和第二次級繞組26響應于激勵信號而產(chǎn)生第一輸出信號和第二輸出信號，其經(jīng)由第二線路35和第三線路36傳遞。當?shù)谝淮渭壚@組25和第二次級繞組26通過90/pp度機械旋轉而機械可旋轉地移位(其中pp是圍繞轉子12的旋轉軸線的分解器的極對的數(shù)量)時，第一次級繞組25和第二次級繞組26所產(chǎn)生的第一輸出信號和第二輸出信號會經(jīng)歷信號處理，其包括數(shù)字化和解調以確定轉子12以及因此可旋轉構件16的旋轉角。分解器20可被構造成具有用于第一次級繞組25和第二次級繞組26的單個極對，這意味著可旋轉構件16的360度機械旋轉產(chǎn)生指示來自分解器轉子22的360度電性旋轉的信號。可選地，分解器20可被構造成具有用于第一次級繞組25和第二次級繞組26的多個極對。舉例來說，當分解器20被構造成具有兩個極對時，可旋轉構件16的180度機械旋轉產(chǎn)生指示來自分解器轉子22的360度電性旋轉的信號；并且當分解器20被構造成具有三個極對時，可旋轉構件16的120度機械旋轉產(chǎn)生指示來自分解器轉子22的360度電性旋轉的信號。

控制器50包括微處理器電路60和接口電路55。微處理器電路60優(yōu)選地包括雙核中央處理單元(cpu)65、脈沖發(fā)生器78以及σ-δ模數(shù)轉換器(sdadc)70，其經(jīng)由內部平行通信總線85進行通信。脈沖發(fā)生器78產(chǎn)生電脈沖，該電脈沖經(jīng)由信號調節(jié)電路而傳送至分解器20的激勵繞組23，該信號調節(jié)電路包括例如低通濾波器54和差動輸出放大器53，其經(jīng)由第一線路33而電性連接至分解器20的激勵繞組23。分解器20的第一次級繞組25和第二次級繞組26分別經(jīng)由第二線路35和第三線路36而與通向sdadc70的輸入線路通信。第二線路35和第三線路36包括相應的線路濾波器52以在發(fā)送至sdadc70之前去除電磁干擾(emi)噪聲?？刂破?0經(jīng)由通信鏈路42而與反相器45通信。

激勵繞組23以及第一次級繞組25和第二次級繞組26這兩個次級繞組作為可變聯(lián)接變壓器而操作。在操作中，控制器50優(yōu)選地以模擬正弦參考信號的形式將激勵信號經(jīng)由第一線路33而傳遞至激勵繞組23。在某些實施例中，正弦參考信號的頻率在1khz與15khz之間的范圍內。激勵信號可由脈沖發(fā)生器78以方波參考信號的形式產(chǎn)生，并通過低通濾波器54以形成正弦波形。第二線路35和第三線路36傳遞第一次級繞組25和第二次級繞組26響應于激勵信號而產(chǎn)生的第一輸出信號和第二輸出信號。當?shù)谝淮渭壚@組25和第二次級繞組26通過圍繞轉子12的旋轉軸線的90/pp度旋轉而機械可旋轉地移位(其中pp是分解器的極對的數(shù)量)時，第一次級繞組25和第二次級繞組26所產(chǎn)生的第一輸出信號和第二輸出信號可經(jīng)歷信號處理，其包括數(shù)字化和解調以確定轉子12的旋轉角。

電動機控制器40包括微處理器電路60以及其他電路以感測反饋信號，諸如電動機電流、輸入電壓、電動機位置和速度。電動機控制器40針對反相器45的功率半導體開關產(chǎn)生控制信號以產(chǎn)生電流，該電流經(jīng)由三相電動機電纜15傳送至定子14?？尚D構件16的旋轉與轉子12及分解器轉子22的旋轉一致，并且分解器轉子位置及速度與轉子12的位置及速度直接聯(lián)接。作為永磁電動機驅動系統(tǒng)的示例，分解器轉子22被安裝成將磁體的北極設置在轉子12中，從而允許電動機控制器40控制與電動機磁體位置有關的電動機10，以最大化用于給定電流的輸出扭矩。具體而言，不存在于參照圖1及圖2所述的電動機控制器40的任何機械化中的是采用分解器至數(shù)字轉換器(rdc)形式的專用集成電路。相反地，在此將詳細描述采用控制器可執(zhí)行例行程序形式的rdc系統(tǒng)。

分解器20的實施例的操作可建模為旋轉變壓器，其包括可發(fā)送至激勵繞組23的激勵信號exc以及來自第一次級繞組25和第二次級繞組26這些次級繞組的輸出信號sin及cos。參照圖4，以曲線圖形式顯示了輸出信號sin及cos的示例波形，包括sin402和cos404。作為非限制性示例，激勵信號exc可具有激勵頻率fe，其接近10khz且優(yōu)選地大于分解器轉子22的旋轉頻率f。分解器轉子22的單個旋轉周期(1/f)由周期415指示，且激勵頻率fe的單個旋轉周期(1/fe)的一半由周期405指示。

輸出信號sin402和cos404具有位置相關信息(sinθ和cosθ)，其包括調制信號sinωet，其中ωe是激勵頻率。在均衡系統(tǒng)中，激勵信號exc可表示為等式1，并且輸出信號sin和cos可分別表示為等式2和等式3，如下：

exc＝esinωet＝exc+-exc-[1]

sin＝kesinθsin(ωet-φ)＝sin+-sin-[2]

cos＝kecosθsin(ωet-φ)＝cos+-cos-[3]

其中：

ωe是激勵頻率，單位為rad/s(＝2πfe)；

e是激勵電壓；

k是初級繞組與次級繞組之間的變換系數(shù)(增益)；

θ是分解器位置，單位為弧度(＝ωt＝2πf)；以及

φ是初級繞組與次級繞組之間所引入的相位延遲。

術語exc+和exc-指示來自第一線路33的輸入信號，術語sin+和sin-指示來自第二線路35的輸出信號，并且術語cos+和cos-指示來自第三線路36的輸出信號。圖4進一步以曲線圖形式顯示了與sin402相關聯(lián)的第一包絡sinenv412以及與cos404相關聯(lián)的第二包絡cosenv414?？梢圆捎眯盘柦庹{和本文所述的其他分析從輸出信號sin402和cos404提取第一包絡sinenv412和第二包絡cosenv414以及相關聯(lián)的參數(shù)。

可解譯旋轉角的正弦信號和余弦信號以確定分解器轉子22的旋轉角、以及因此確定可旋轉構件16和轉子12的旋轉角。電動機控制器40可采用可旋轉構件16的旋轉角來控制電動機10的操作。應理解，由于分解器偏移或可旋轉構件16的機械扭轉，分解器20所測量的旋轉角與和電動機10的定子14有關的轉子12的旋轉角之間可存在差異。

由第一次級繞組25和第二次級繞組26響應于激勵信號而產(chǎn)生并在第二線路35和第三線路36上傳遞的第一輸出信號和第二輸出信號是模擬信號。可采用電動機控制器40將模擬信號轉換為指示旋轉構件的角位置及旋轉速度的數(shù)字信號。

圖3示意性地顯示了電動機控制器40的微處理器電路60和接口電路55的細節(jié)，包括雙核cpu65、脈沖發(fā)生器78、sdadc70以及直接存儲器訪問(dma)裝置80。雙核cpu65優(yōu)選地被構造成雙核中央處理單元(cpu)，其包括第一cpu核64和第二cpu核66、全局定時器62以及全局隨機存取存儲器(ram)裝置68，所有這些部件均經(jīng)由通信總線85進行通信。時鐘67以合適的速度操作，在某些實施例中該速度優(yōu)選地具有10mhz的數(shù)量級。sdadc70是雙通道模數(shù)轉換器裝置，其采用過取樣調制器、逐次逼近法以及數(shù)字抽取濾波器以從較低頻率模擬輸入信號產(chǎn)生高分辨率數(shù)字信號。雙通道sdadc70包括兩個sdadc裝置，這兩個sdadc裝置中的每一者優(yōu)選地被布置成與第二線路35和第三線路36中的一者通信，第二線路35和第三線路36傳遞由第一次級繞組25和第二次級繞組26響應于激勵信號而產(chǎn)生的第一輸出信號和第二輸出信號。sdadc裝置70中的每一者均包括差動放大器76，其與產(chǎn)生數(shù)字信號的adc74通信，該數(shù)字信號存儲在先進先出(fifo)存儲緩沖器72中。時鐘67驅動與cpu時鐘79及脈沖發(fā)生器(pg)時鐘77同步的σ-δ(sd)時鐘75。sd時鐘75控制模數(shù)轉換器(adc)74的定序。fifo存儲緩沖器72與總線85通信。dma80響應于從fifo存儲緩沖器72傳遞的寄存器信號而產(chǎn)生中斷信號81。微處理器電路60采用信號處理硬件和軟件例行程序以產(chǎn)生包絡信息(例如第一包絡sinenv412和第二包絡cosenv414)，其可用于確定分解器以及因此旋轉構件16的轉子位置θ?？梢圆捎帽疚乃龅姆治龇椒◤妮敵鲂盘杝in402和cos404提取參照圖4所述的第一包絡sinenv412和第二包絡cosenv414。

雙核cpu65便于與執(zhí)行電動機10的控制同時且并行地處理來自分解器20的數(shù)據(jù)。雙核cpu65的第二cpu核66被構造成處理從sdadc70傳送的數(shù)據(jù)并確定信號包絡信息，并且第一cpu核64被構造成基于從第二cpu核66傳送的信號包絡信息而執(zhí)行電動機控制。sdadc70與脈沖發(fā)生器78在操作中同步，并且它們與全局定時器62共用sd時鐘75。這樣，sd時鐘75、pg時鐘77以及cpu時鐘79具有公共時鐘67并且彼此相互同步。脈沖發(fā)生器78產(chǎn)生方波脈沖或調制脈沖序列，其通過低通濾波器或帶通濾波器54進行濾波，該低通濾波器或帶通濾波器54是由差動輸出放大器53放大以形成模擬正弦參考信號。模擬正弦參考信號經(jīng)由第一線路33傳遞至激勵繞組23并用作驅動分解器20的初級繞組的激勵信號。來自分解器次級繞組的接收信號sin402和cos404由sdadc70進行取樣。在所示實施例中，經(jīng)由線路35傳遞的sin+/sin-信號以及經(jīng)由線路36傳遞的cos+/cos-信號穿過差動放大器76中的一者并由adc74進行取樣。sdadc70可以連續(xù)運行，或可選地可被編程為轉換固定數(shù)量的樣本。每個信號優(yōu)選地以n的整數(shù)倍乘以激勵頻率f_e進行轉換，其中n優(yōu)選地大于三以避免混疊。例如，如果激勵頻率為10khz，n可被選擇為10。sdadc70可被構造成以n10khz＝100khz連續(xù)地運行，sdadc70可被構造成在脈沖發(fā)生器78的輸出的上升(或下降)邊每隔10s(＝1/100khz)對n＝10個數(shù)據(jù)樣本進行取樣，并在脈沖發(fā)生器78的輸出的下一上升(或下降)邊重啟動作。dma80在循環(huán)中的期望樣本的數(shù)量得以滿足時命令操作以從每個fifo存儲緩沖器72拉取數(shù)據(jù)，并移動該數(shù)據(jù)以便存儲在全局存儲裝置68中。

圖5以曲線圖形式顯示了與雙核cpu65的元件的操作相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，其用于實現(xiàn)獨立并行地處理來自分解器20的數(shù)據(jù)和控制電動機10。用曲線圖表示的參數(shù)包括從脈沖發(fā)生器78輸出的計數(shù)器510、從脈沖發(fā)生器78輸出的呈方波占空比形式的脈沖發(fā)生器輸出520、從sdadc70輸出的adc取樣530、從dma80輸出的數(shù)據(jù)傳送事件540、從第二cpu66輸出的包絡檢測事件550、以及來自第一cpu64的電動機控制軟件560的執(zhí)行，全部涉及從全局定時器62輸出的公共時基570。

當計數(shù)等于激勵周期te515(其為激勵頻率fe的倒數(shù)，或1/fe)時，脈沖發(fā)生器78重置計數(shù)器510的值。當計數(shù)器510被重置為零時，脈沖發(fā)生器輸出520被設置為具有50％占空比。在這個示例中，使用n＝16。sdadc70以脈沖發(fā)生器輸出520的上升邊啟動adc取樣530，并以每隔1/16fe的速率收集數(shù)據(jù)。當每一信道(sin402和cos404)中所收集的數(shù)據(jù)數(shù)量變成n(如531、532及533處所指示)時，dma80啟動從fifo存儲緩沖器72至全局存儲裝置68的數(shù)據(jù)傳送，而無需加載第一cpu64或第二cpu66。示例dma數(shù)據(jù)傳送事件在541、542、543處指示。當所有的數(shù)據(jù)傳送完成時，dma80在第二cpu66處呼叫中斷服務例行程序以處理用于模擬信號的包絡信息。在第二cpu66處的每個包絡檢測事件550開始時，脈沖發(fā)生器的激勵周期te以及來自脈沖發(fā)生器輸出520的時間戳t1與從全局定時器62輸出的時基570同步。微處理器中的定時器以二進制整數(shù)進行計數(shù)，并且全局定時器62可被構造成計數(shù)延長的時段并翻轉。如果第二cpu66足夠迅速以對dma中斷請求作出反應，時間戳te接近于開始數(shù)字，即在正常操作中等于0。通過監(jiān)測時間戳te，可監(jiān)測sdadc70與脈沖發(fā)生器78之間的同步。時間戳t1用于記錄批量數(shù)據(jù)處理的開始時間。示例包絡檢測事件551、552及553被指示，并分別跟隨對應的dma數(shù)據(jù)傳送事件541、542及543。

與第二cpu66包絡檢測異步，第一cpu64運行單獨的中斷服務例行程序來執(zhí)行電動機控制軟件560以產(chǎn)生pwm電動機控制輸出，從而控制電動機10，如由元件561、562、563及564所指示。這包括捕獲并分析與電動機控制有關的相關數(shù)據(jù)(包括電動機位置/速度、電流及輸入電壓)，然后基于該相關數(shù)據(jù)而計算輸出電壓產(chǎn)生。在每個中斷開始時，第一cpu64在準備離散和模擬輸入以用于電動機的pwm控制時捕獲全局定時器62的時間戳t0。根據(jù)等式4，使用t0與t1之間的時間差來推斷在由第一cpu64執(zhí)行的電動機控制中斷例行程序開始時的位置信息θ[k]，其中等式4假定速度在短時段內(諸如在pwm期間)不變。這提供了與控制電動機10同步地準確測量轉子位置的方法。

θ[k]＝θ原始[n]+ω[k-1]×(t0[k]-t1[n]-t偏移)，[4]

其中t0[k]-t1[n]＞0；以及

其中：

θ原始[n]是在第二cpu66處根據(jù)第n步驟的包絡信息而直接確定的原始轉子位置；

ω[k]是在第一cpu64處根據(jù)第k步驟的位置而確定的速度；以及

t偏移是用于時間上的偏移調整的校準。

圖6以曲線圖形式顯示了信號波形的示例，包括脈沖發(fā)生器、分解器激勵信號、以及從分解器20的實施例輸出的初級信號和次級信號。在此示例中，脈沖發(fā)生器78產(chǎn)生方波610，其具有由元件635指示的周期?？蛇x地，脈沖發(fā)生器78可產(chǎn)生脈沖寬度調制信號。該信號的基頻(即激勵頻率fe)假定為如等式1中所用的激勵信號參考。方波信號610穿過低通濾波器或帶通濾波器54以形成平滑的exc信號620，從而消除任何諧波信號。濾波可從原始脈沖發(fā)生器輸出610引入相移φ1622，如圖所示。exc信號620傳遞至分解器初級繞組630(當在理想條件下在軟件中處理以形成包絡的最大振幅時，概念性地作為exc信號631)，并且由于分解器20和線路濾波器52的操作，來自次級繞組的信號(例如sin和cos633)通過變換系數(shù)k以及額外的相移φ2632顯示出振幅變化。在微控制器的輸入處，這兩個相移的和形成參考激勵信號與sin/cos信號之間的總相移，如下：

φ＝φ1+φ2

每當激勵循環(huán)中的所有數(shù)據(jù)都被收集，便可使用傅里葉級數(shù)計算來提取與來自次級繞組的sin信號相關聯(lián)的第一包絡sinenv以及與來自次級繞組的cos信號相關聯(lián)的第二包絡cosenv，假定包絡在激勵周期中緩慢變化或幾乎恒定。參照圖4，顯示了與sin402相關聯(lián)的第一包絡sinenv412以及與cos404相關聯(lián)的第二包絡cosenv414的示例。

可使用已知參考信號(包括軟件引入相移φsw)分別采用等式5和6來計算sinenv和cosenv，其中在激勵周期內

該分析假定在等式5和6的計算期間當相移(4)不變時，cosφ不變。沒有相移φ，每個包絡具有最大振幅ke。硬件與軟件之間的相移的失配引入了cos(φ-φsw)，其導致振幅下降。為了避免這種情況，執(zhí)行等式7和8作為包絡檢測的一部分，如下：

當發(fā)生相位失配時，術語sinquad和cosquad具有非零值，并且它們可用于通過調整φsw以最大化分別采用等式5和6計算的sinenv和cosenv的值而檢測實際硬件相移φ。第一包絡sinenv和第二包絡cosenv的所計算值可用于確定轉子位置θ，并且第三包絡sinquad和第四包絡cosquad連同sinenv和cosenv的所計算值可用于確定硬件相移φ。

圖7示意性地顯示了用于中斷例行程序700的軟件流程圖的細節(jié)，中斷例行程序700可由電動機控制器40的實施例執(zhí)行以確定sinenv、cosenv、sinquad、cosquad以及本文所述的包絡處理的取樣時間t1。優(yōu)選地由第二cpu66執(zhí)行中斷例行程序700，以評價數(shù)據(jù)并確定與來自次級繞組的sin信號相關聯(lián)的第一包絡sinenv以及與來自分解器20的第一次級繞組25和第二次級繞組26的cos信號相關聯(lián)的第二包絡cosenv，如參照圖4和圖6所述。在完成每個dma數(shù)據(jù)傳送事件之后，可立即在第二cpu66中執(zhí)行中斷例行程序700。示例dma數(shù)據(jù)傳送事件541、542及543以及示例包絡檢測事件551、552及553繪示于圖5中。在每次執(zhí)行中斷例行程序700開始時，從全局定時器62捕獲時間戳t1[n]。然后，在本地復制來自第一cpu的在該例行程序之外所識別的軟件相位延遲φ_sw，以便在以下回路中使用常數(shù)來產(chǎn)生內部信號和然后，執(zhí)行等式5-8以計算第一包絡sinenv、第二包絡cosenv、第三包絡sinquad以及第四包絡cosquad的值。對應于中斷例行程序700，提供表1作為密鑰，其中用數(shù)字標記的方框以及對應的功能如下所闡明。

表1

在dma數(shù)據(jù)傳送事件完成之后在第二cpu66中執(zhí)行中斷例行程序700(702)，并包括在數(shù)據(jù)傳送事件完成時捕獲時間戳(704)以及相位延遲(706)。初始化數(shù)據(jù)緩沖器(例如，作為32位緩沖器)(708)，并執(zhí)行包絡計算回路710。包絡檢測回路(710)包括增加指數(shù)i(712)。分別采用等式5和6從所存儲的數(shù)據(jù)提取與sin數(shù)據(jù)相關聯(lián)的第一同相包絡sinenv以及與cos數(shù)據(jù)相關聯(lián)的第二同相包絡cosenv(714)。類似地，分別采用等式7和8來提取與sin數(shù)據(jù)相關聯(lián)的第一正交包絡sinquad以及與cos數(shù)據(jù)相關聯(lián)的第二正交包絡cosquad(716)。增加激勵信號的相位指數(shù)(718)，并且重復執(zhí)行包絡檢測回路(710)，直到等式5至8的計算完成為止，如由指數(shù)i所指示(711)(1)。當緩沖器被充滿(711)(1)時，執(zhí)行存儲例行程序(720)。結果需要存儲在全局存儲器68中，使得負責執(zhí)行電動機控制的第一cpu64可在數(shù)據(jù)不會被第二cpu66破壞的條件下讀取并使用結果以用于位置/速度檢測及診斷。在多核cpu環(huán)境中，不能將結果直接寫入全局存儲器68，這是因為當?shù)诙pu66存儲結果時，第一cpu64可取得該結果，這可形成數(shù)據(jù)一致性問題。為了避免這種情況，鎖定信號量(722)以防止第二cpu66在數(shù)據(jù)傳送期間寫入或以其他方式訪問共用的全局存儲器68。將在數(shù)據(jù)緩沖器中呈時間戳以及sinenv、cosenv、sinquad、cosquad值形式的數(shù)據(jù)傳送至共用的全局存儲器68(724)，并且解鎖信號量以允許第二cpu66訪問共用的全局存儲器68(726)。在數(shù)據(jù)傳送之后結束中斷例行程序700的這種迭代(730)。電動機控制例行程序讀取電動機電流、反相器輸入電壓以及來自傳感器的位置/速度信息，并基于這些而確定功率反相器的輸出電壓以控制電動機電流、扭矩及速度。

第一cpu64中所執(zhí)行的電動機控制例行程序可以例如2khz與20khz之間的固定或可變轉換頻率運行。在第一cpu64中的電動機控制例行程序開始時，需要捕獲用于電動機控制的電動機信息以提供最佳性能。首先，捕獲全局定時器的時間戳以捕獲等式4中的t0[k]。然后，該例行程序需要使用信號量從全局存儲器讀取數(shù)據(jù)。電動機控制例行程序讀取電動機電流、反相器輸入電壓以及來自傳感器的位置/速度信息，并確定功率反相器的輸出電壓以控制電動機電流、扭矩及速度。

因此，可產(chǎn)生一組信號sinenv、cosenv、sinquad、cosquad以及時間戳t0和t1以確定電動機速度及位置而沒有可在第一cpu64中引入的時間延遲。本文所述的概念提供了一種處理原始信號以計算轉子位置、轉子速度及相移φ的系統(tǒng)方法。在某些實施例中，可根據(jù)如下sinenv和cosenv的狀態(tài)來確定轉子位置θ，并且可存在多種基于第二cpu中所捕獲的所有信息而執(zhí)行并過濾計算的其他方式。

θ原始＝tan^-1(cosenv，sinenv)[9]

作為使用pwm反相器進行電動機控制的一個非限制性示例，控制器50捕獲電動機位置、電動機速度、電動機電流以及反相器輸入電壓。這些輸入用于確定在使用pi控制器的下一pwm循環(huán)的電動機輸出電壓。優(yōu)選地，所有這些信號需要以相同的定時來捕獲，以避免由于輸入與輸出之間的信號延遲而導致的性能降級。在模擬信號(諸如電動機電流及反相器輸入電壓)的情況下，它們可與輸出pwm周期或用于執(zhí)行電動機控制軟件560的循環(huán)時間同步。

原始電動機位置(其可在cpu0或cpu1中計算)θraw可在等式4中用于計算精確位置以用于電動機控制。這樣，可如所述電動機電流及反相器電壓那樣獲得與電動機控制軟件560的執(zhí)行同步的適當電動機位置[k]?？衫眠m當處理根據(jù)θ增量來確定電動機速度ω。

因此，可采用由多核處理器執(zhí)行的軟件來執(zhí)行與將分解器數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字可讀數(shù)據(jù)以用于位置、速度及缺陷檢測有關的本文所述的操作，該多核處理器依賴來自傳統(tǒng)外圍裝置的信息并且不依賴于專用rdc(分解器至數(shù)字轉換器)集成電路裝置。同步的脈沖發(fā)生器代替振蕩器(osc)，并且在線路濾波器之后處理器直接讀取模擬信號。cpu核控制脈沖發(fā)生器以及a/d轉換器定時。cpu核計算exc信號(1)，并通過脈沖發(fā)生器將其發(fā)出，其最終變成exc+和exc-。a/d轉換器對與激勵信號exc同步的sin+、sin-、cos+及cos-信號進行取樣。

術語控制器、控制模塊、模塊、控制、控制單元、處理器以及類似術語是指以下中的任何一個或各種組合：專用集成電路(asic)、電子電路、中央處理單元(例如微處理器)以及呈存儲器及存儲裝置(只讀、可編程只讀、隨機存取、硬驅動等)形式的相關聯(lián)的非暫時性存儲組件。非暫時性存儲組件能夠存儲呈以下形式的機器可讀指令：一個或多個軟件或固件程序或例行程序、組合邏輯電路、輸入/輸出電路及裝置、信號調節(jié)和緩沖電路以及可由一個或多個處理器訪問以提供所述功能性的其他組件。輸入/輸出電路及裝置包括模擬/數(shù)字轉換器以及監(jiān)測來自傳感器的輸入的相關裝置，其中這種輸入是以預設取樣頻率或響應于觸發(fā)事件而進行監(jiān)測。軟件、固件、程序、指令、控制例行程序、代碼、算法以及類似的術語是指任何控制器可執(zhí)行的指令集，其包括校準和查找表。每個控制器執(zhí)行控制例行程序以提供所需功能，包括監(jiān)測來自感測裝置以及其他聯(lián)網(wǎng)控制器的輸入以及執(zhí)行控制和診斷指令以控制致動器的操作。可在操作正在進行期間每隔一定時間(例如每隔100微秒)執(zhí)行例行程序?？蛇x地，可響應于觸發(fā)事件的發(fā)生而執(zhí)行例行程序。可利用直接有線鏈路、聯(lián)網(wǎng)通信總線鏈路、無線鏈路或任何另一適當?shù)耐ㄐ沛溌穪韺崿F(xiàn)控制器之間的通信、以及控制器、致動器和/或傳感器之間的通信。通信包括交換呈任何適當形式的數(shù)據(jù)信號，包括例如經(jīng)由導電介質的電性信號、經(jīng)由空氣的電磁信號、經(jīng)由光波導管的光信號等。數(shù)據(jù)信號可包括模擬信號、數(shù)字化模擬信號以及離散信號，其表示來自傳感器的輸入、致動器命令以及控制器之間的通信。術語“建模”是指模仿裝置的物理存在或物理方法的基于處理器的或處理器可執(zhí)行的代碼和相關聯(lián)校準。如本文中所用，術語“動態(tài)”及“動態(tài)地”描述實時執(zhí)行的且具有如下特征的步驟或方法：在例行程序的執(zhí)行期間或在例行程序的執(zhí)行的迭代之間，監(jiān)測或以其他方式確定參數(shù)的狀態(tài)并且有規(guī)律地或周期性地更新參數(shù)的狀態(tài)。

附圖中的流程圖和方框圖例示了根據(jù)本公開各種實施例的系統(tǒng)、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實施的結構、功能性和操作。關于這一點，流程圖或方框圖中的每個方框可表示模塊、代碼段或部分，其包含用于實現(xiàn)指定邏輯功能的一個或多個可執(zhí)行指令。還應注意，方框圖和/或流程圖說明的每個方框以及方框圖和/或流程圖說明中的方框組合可由基于專用硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，這些系統(tǒng)執(zhí)行指定功能或動作、或專用硬件與計算機指令的組合。這些計算機程序指令還可存儲在計算機可讀介質中，其可指導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式運行，使得計算機可讀介質中存儲的指令產(chǎn)生制造產(chǎn)品，其包括實現(xiàn)流程圖和/或方框圖的方框中所指定的功能/動作的指令部件。

詳細說明和附圖或圖支持并說明本發(fā)明，但本發(fā)明的范圍僅由權利要求限定。盡管已詳細描述了用于實現(xiàn)本發(fā)明的某些最佳模式及其他實施例，然而存在各種替代性設計和實施例以用來實施所附權利要求中限定的本發(fā)明。