一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法，其具体步骤为：搭建永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正平台；DSP控制器（5）对锁相环电路A（6）和锁相环电路B（7）输出的虚拟码盘信号进行分频；DSP控制器（5）根据两路正交虚拟码盘信号QEPAB、QEPC的相位关系判断电机的转向；DSP控制器（5）获取电机转速和延时角度；DSP控制器（5）判断转子磁极绝对零位置和转子磁极位置。本发明对电机参数和电机数学模型依赖程度低，具有较高的检测精度；根据需要控制锁相环电路和可变线程选择电路，改变正交虚拟码盘信号QEPAB和QEPC的频率，简单灵活，易于实现。

说明书

技术领域

本发明涉及一种转子磁极位置实时校正方法，特别是一种永磁同步电机转子磁极 位置实时补偿校正方法。

背景技术

永磁同步电机具有功率密度高、转子转动惯量小、电枢电感小、运行效率高以及转 轴上无滑环和电刷等优点，广泛应用在中小功率范围内的高性能运动控制领域，如机器人、 CNC数控机床等应用场合。随着电力电子技术和电机控制理论的发展，以矢量控制为代表的 高性能永磁同步电机闭环控制方法得到快速发展和广泛应用，而永磁同步电机控制方法的 好坏，关键取决于转子磁极位置检测的准确性。

现有的永磁同步电机转子磁极位置实时校正方法，需要通过测量电机的电压、电 流等电参量，并且结合电机的参数和数学模型进行一系列复杂的方法来检测电机转子的位 置，但是由于电压、电流等电参量的采样精度不够高、电机的参数随负载不断变化以及电机 数学模型的不确定性，导致转子位置检测结果不准确，而且方法比较复杂，实时性差，不易 实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法，解决 永磁同步电机闭环控制中的转子磁极位置实时校正的问题。

一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法，其具体步骤为：

第一步搭建永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正平台

永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正平台包括：电压提取与信号滤波电路、过零 点检测电路、信号隔离电路、信号整形电路、锁相环电路A、锁相环电路B、DSP控制器、可变线 程选择电路A和可变线程选择电路B，其中电压提取与信号滤波电路有三个相同的支路，每 个支路包括：电阻R_a、电阻R_b、电阻R₂、电阻R₃、电容C₁、电容C₂、电容C₃和运算放大器U1。

电压提取与信号滤波电路的三个输入端分别与电机端子A、电机端子B、电机端子C 连接，电压提取与信号滤波电路的三个输出端分别与过零点检测电路的三个输入端连接， 过零点检测电路的两个输出端分别与信号隔离电路的两个输入端连接，信号隔离电路的两 个输出端分别与信号整形电路的两个输入端连接，信号整形电路的输出端分别与锁相环电 路A、锁相环电路B和DSP控制器的输入端连接，锁相环电路A与可变线程选择电路A双向连 接，锁相环电路B与可变线程选择电路B双向连接，锁相环电路A和锁相环电路B的输出端分 别与DSP控制器的输入端连接，DSP控制器的输出端分别与可变线程选择电路A和可变线程 选择电路B的输入端连接。电压提取与信号滤波电路的每个支路中，电阻R_a的一端与电机端 子连接，电阻R_a的另一端分别与电阻R_b的一端、电容C₁的一端和电阻R₂的一端连接，电阻R_b的 另一端和电容C₁的另一端分别与中性点N连接，电阻R₂的另一端分别与电容C₂的一端和电阻 R₃的一端连接，电容C₂的另一端和运算放大器U1的输出端连接，电阻R₃的另一端分别与电容 C₃的一端和运算放大器U1的正向输入端连接，电容C₃的另一端与中性点N连接，运算放大器 U1的负向输入端与输出端连接。

第二步DSP控制器对锁相环电路A和锁相环电路B输出的虚拟码盘信号进行分频

DSP控制器根据预先设定的十进制线程值M，输出四位对应的二进制开关信号到可变线 程选择电路A和可变线程选择电路B，将锁相环电路A输出的正交虚拟码盘信号QEP_AB进行M分 频，将锁相环电路B输出的正交虚拟码盘信号QEP_C进行M分频，其中，M为2的P次方，且P为正 整数，输出到可变线程选择电路A和可变线程选择电路B的四位二进制开关信号正好是P值 对应的四位二进制开关信号DD3DD2DD1DD0，DD3对应四位二进制的最高位，DD0对应四位二 进制的最低位。

第三步DSP控制器判断电机转向

DSP控制器根据两路正交虚拟码盘信号QEP_AB、QEP_C的相位关系判断电机的转向，当 QEP_AB超前QEP_C90°时，电机正转，当QEP_AB滞后QEP_C90°时，电机反转。

第四步DSP控制器获取电机转速和延时角度

DSP控制器捕捉QEP_AB、QEP_C信号，利用预定时间段内捕捉的正交虚拟码盘信号QEP_AB的计数值X₁和正交虚拟码盘信号QEP_C的计数值X₂，获取预定时间段内的平均脉冲捕捉计 数值X=，然后DSP控制器根据已经预先设定的十进制线程值M和平均脉冲捕捉计数值 X，得到电机的转速ω=。

DSP控制器根据得到的电机转速ω获取信号整形电路输出的正交虚拟霍尔信号 H_AB”相对于电机线电压信号u_AB过零点的延时角度：

（1）

其中，R_a、R_b、R₂、R₃分别为电压提取与信号滤波电路中的电阻值，C₁、C₂、C₃分别为电压提 取与信号滤波电路中的电容值，ω为电机的转速。

第五步DSP控制器判断转子磁极绝对零位置

DSP控制器利用信号整形电路输出的正交虚拟霍尔信号H_AB”的上升沿来判断电机一个 电周期的绝对零位置，当H_AB”的上升沿到来时，证明电机已经旋转一周，DSP控制器将捕捉的 QEP_AB信号计数值清零。

第六步DSP控制器获取转子磁极位置

DSP控制器利用捕捉的QEP_AB信号计数值减去延时角度得到转子磁极位置。当DSP控制 器捕捉的QEP_AB信号计数值为x，电机正转时，转子磁极位置pos为：

（2）

电机反转时，转子位置pos为：

（3）

至此，实现了永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正。

本发明对电机参数和电机数学模型依赖程度低，具有较高的检测精度；避免了复 杂的软件算法，提高了检测结果的实时性，降低了算法对DSP控制器处理速度的要求；可根 据需要，控制锁相环电路和可变线程选择电路，改变正交虚拟码盘信号QEP_AB和QEP_C的频率， 简单灵活，易于实现。

附图说明

图1一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法所述的永磁同步电机转子 磁极位置实时补偿校正平台示意图；

图2一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法所述的电压提取与信号滤波电 路示意图。

1.电压提取与信号滤波电路2.过零点检测电路3.信号隔离电路4.信号整 形电路5.DSP控制器6.锁相环电路A7.锁相环电路B8.可变线程选择电路A9.可 变线程选择电路B。

具体实施方式

一种永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正方法，其具体步骤为：

第一步搭建永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正平台

永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正平台包括：电压提取与信号滤波电路1、过零 点检测电路2、信号隔离电路3、信号整形电路4、锁相环电路A6、锁相环电路B7、DSP控制器5、 可变线程选择电路A8和可变线程选择电路B9。

电压提取与信号滤波电路1的三个输入端分别与电机端子A、电机端子B、电机端子 C连接，电压提取与信号滤波电路1的三个输出端分别与过零点检测电路2的三个输入端连 接，过零点检测电路2的两个输出端分别与信号隔离电路3的两个输入端连接，信号隔离电 路3的两个输出端分别与信号整形电路4的两个输入端连接，信号整形电路4的输出端分别 与锁相环电路A6、锁相环电路B7和DSP控制器5的输入端连接，锁相环电路A6与可变线程选 择电路A8双向连接，锁相环电路B7与可变线程选择电路B9双向连接，锁相环电路A6和锁相 环电路B7的输出端分别与DSP控制器5的输入端连接，DSP控制器5的输出端分别与可变线程 选择电路A8和可变线程选择电路B9的输入端连接。电压提取与信号滤波电路1的每个支路 中，电阻R_a的一端与电机端子连接，电阻R_a的另一端分别与电阻R_b的一端、电容C₁的一端和 电阻R₂的一端连接，电阻R_b的另一端和电容C₁的另一端分别与中性点N连接，电阻R₂的另一 端分别与电容C₂的一端和电阻R₃的一端连接，电容C₂的另一端和运算放大器U1的输出端连 接，电阻R₃的另一端分别与电容C₃的一端和运算放大器U1的正向输入端连接，电容C₃的另一 端与中性点N连接，运算放大器U1的负向输入端与输出端连接。

第二步DSP控制器5对锁相环电路A6和锁相环电路B7输出的虚拟码盘信号进行 分频

DSP控制器5预先设定的十进制线程值M为1024，输出四位对应的二进制开关信号到可 变线程选择电路A8和可变线程选择电路B9，将锁相环电路A6输出的正交虚拟码盘信号QEP_AB进行1024分频，将锁相环电路B7输出的正交虚拟码盘信号QEP_C进行1024分频，其中，1024为 2的10次方，P=10，输出到可变线程选择电路A8和可变线程选择电路B9的四位二进制开关 信号正好是10对应的四位二进制开关信号1010。

第三步DSP控制器5判断电机转向

DSP控制器5根据两路正交虚拟码盘信号QEP_AB、QEP_C的相位关系判断电机的转向，当 QEP_AB超前QEP_C90°时，电机正转，当QEP_AB滞后QEP_C90°时，电机反转。

第四步DSP控制器5获取电机转速和延时角度

电机正转时，DSP控制器5捕捉QEP_AB、QEP_C信号，利用ms捕捉的正交虚拟码盘信号 QEP_AB的计数值X₁=99和正交虚拟码盘信号QEP_C的计数值X₂=101，获取预定时间段10ms内的平 均脉冲捕捉计数值X=，然后DSP控制器5根据已经预先设定的十进制线程值 1024和平均脉冲捕捉计数值100，得到电机的转速ω=。

在电压提取与信号滤波电路1中，电阻R_a为480kΩ，电阻R_b为240kΩ，电阻R₂和R₃均 为3.3kΩ，电容C₁为0.1uf，电容C₂和C₃均为0.01uf，DSP控制器5根据得到的电机转速ω获 取信号整形电路4输出的正交虚拟霍尔信号H_AB”相对于电机线电压信号u_AB过零点的延时角 度：

第五步DSP控制器5判断转子磁极绝对零位置

DSP控制器5利用信号整形电路4输出的正交虚拟霍尔信号H_AB”的上升沿来判断电机一 个电周期的绝对零位置，当H_AB”的上升沿到来时，证明电机已经旋转一周，DSP控制器5将捕 捉的QEP_AB信号计数值清零。

第六步DSP控制器5获取转子磁极位置

DSP控制器5利用捕捉的QEP_AB信号计数值减去延时角度得到转子磁极位置。当DSP控制 器5捕捉的QEP_AB信号计数值为x=90，由于电机正转且，转子磁 极位置：；

从而实现了永磁同步电机转子磁极位置实时补偿校正。