两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统及方法
【专利摘要】一种两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统及其方法，电磁感应电压传感器分别同带有串行通信接口模块的基于DSP的数据采集系统的第一信号接收管脚和第二信号接收管脚相连接，所述的基于DSP的数据采集系统还通过串行数据通信的接口同上位机相连接，所述的上位机带有两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块，所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块包含有三相旋转坐标到两相旋转坐标变换模块,所述的上位机中还包含有VISA模块，并结合其方法可有效避免现有技术中的还没有这样的技术来由于数据量的庞大动态观测两相旋转坐标下的定子电压至今无法通过简便的方式来解决的缺陷。
【专利说明】两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于永磁同步电机【技术领域】，具体涉及一种两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统及其方法。
【背景技术】
[0002]永磁同步电动机具有结构简单，体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机。
[0003]在永磁同步电动机的运行过程中常常需要把定子电压从三相旋转坐标转变到两相旋转坐标下的定子电压以此操纵，现在却缺乏一种方便简单的针对永磁同步电动机的转变到两相旋转坐标下的定子电压的实时监测装置。
【发明内容】
[0004]本发明的目的提供一种两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统及其方法，电磁感应电压传感器分别同带有串行通信接口模块的基于DSP的数据采集系统的第一信号接收管脚和第二信号接收管脚相连接，所述的基于DSP的数据采集系统还通过串行数据通信的接口同上位机相连接，所述的上位机带有两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块，所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块包含有三相旋转坐标到两相旋转坐标变换模块，所述的上位机中还包含有VISA模块，并结合其方法可有效避免现有技术中的还没有这样的技术来由于数据量的庞大动态观测两相旋转坐标下的定子电压至今无法通过简便的方式来解决的缺陷。
[0005]为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统及其方法的解决方案，具体如下:
[0006]一种两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统，包括在永磁同步电机定子的三相绕组中的两相绕组旁分别设置有第一电磁感应电压传感器I和第二电磁感应电压传感器2，所述的第一电磁感应电压传感器I和第二电磁感应电压传感器2能够分别感应出所述的两相绕组的电压，所述的第一电磁感应电压传感器I和第二电磁感应电压传感器2分别同带有串行通信接口模块的基于DSP的数据采集系统4的第一信号接收管脚5和第二信号接收管脚6相连接，所述的基于DSP的数据采集系统4还通过串行数据通信的接口 8同上位机9相连接，所述的上位机9带有两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10，所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10包含有三相旋转坐标到两相旋转坐标变换模块11，所述的上位机9中还包含有VISA模块。
[0007]所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10还包括有人机交互界面，所述的人机交互界面包括操作界面部分与显示界面部分，所述的操作界面部分为通过对操作界面的进行操作后就能经过两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10对上位机9发送指令；所述的显示界面部分分为波形显示部分和仪表显示部分，所述的波形显示部分能够检测到选定范围内永磁同步电机的定子在两相旋转坐标系下的电压数据的整个变化过程；所述的仪表显示部分能够稳定显示永磁同步电机的定子在两相旋转坐标系下的电压的数据。
[0008]所述的波形显示部分通过波形显示窗口显示永磁同步电机的定子电压的幅值-时间曲线，所述的仪器显示部分包括有两个圆弧状刻度区域，所述的两个圆弧状刻度区域分别用来表示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值范围以及永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压值范围，所述的两个圆弧状刻度区域的下方各自设置有一个指针状图标，所述的两个圆弧状刻度区域的上方分别设置有用来显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值的文本框以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值的文本框。
[0009]所述的操作界面部分包括串口参数设置部分、波形选择部分、波形调整部分、控制部分以及波形显示参数设置部分，所述的串口参数设置部分用于对串口通信的参数的初始化，所述的串口参数设置部分包括有用于串行端口号选择的选择框和用于设置串口通信波特率的文本框，所述的用于串行端口号选择的选择框中预设的选择值为上位机9能够识别的串行端口号，所述的波形显示参数设置部分包括用来设置数据IQ格式的转换模式的文本框、用来设置缓存大小的文本框以及用来设置采样频率的文本框，所述的波形调整部分包括用来选择基于DSP的数据采集系统的通道的选择按钮、用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值进行测量的游标开关按钮、用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间进行测量的游标开关按钮、用来显示被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值的文本框、用来显示被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间的文本框、用于设置游标刻度值的文本框以及用于波形移动的左右拉条，所述的控制部分包括开始按钮、暂停按钮和停止按钮，所述的开始按钮、暂停按钮和停止按钮分别对被测波形执行启动、暂停运行和终止运行的控制，所述的波形选择部分包括用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压波形的点选框和用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压波形的点选框，这样就能通过选择后在波形显示窗口显示对应选择的用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压波形图或者用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压波形图。
[0010]所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统的方法，步骤如下:
[0011]步骤1:首先启动两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统，第一电磁感应电压传感器I和第二电磁感应电压传感器2分别感应出所述的两相绕组的电压，以此对永磁同步电机定子的所述的两相绕组的电压进行数据采集，并把采集到的所述的两相绕组的电压值传递到基于DSP的数据采集系统4，并通过两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10运行人机交互界面，在人机交互界面上串口参数设置部分选择串行端口号和串口通信波特率，并让串口通信波特率同基于DSP的数据采集系统4中的串行通信接口模块内设置的串口通信波特率一致；
[0012]步骤2:在两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10的其他地方对串口通信的奇偶校验位、数据比特位和停止位进行设置，所述的对串口通信的奇偶校验位、数据比特位和停止位设置的值分别同基于DSP的数据采集系统4中的串行通信接口模块内设置的串口通信的奇偶校验位、数据比特位和停止位设置的值一致；
[0013]步骤3:另外在用来设置数据IQ格式的转换模式的文本框、用来设置缓存大小的文本框以及用来设置采样频率的文本框中分别进行对数据IQ格式的转换模式、缓存大小以及采样频率的设置，通过用来选择基于DSP的数据采集系统的通道的选择按钮进行对基于DSP的数据采集系统的通道的选择，通过用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值进行测量的游标开关按钮、用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间进行测量的游标开关按钮以及用于设置游标刻度值的文本框分别进行是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值进行测量做出选择、是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间进行测量做出选择以及设置游标刻度值；
[0014]步骤4:通过点选用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压波形的点选框或者用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压波形的点选框来选择在波形显示窗口显示的电压波形类别，这样就完成了初始化设置；
[0015]步骤5:然后当点击了开始按钮后，所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10就把测量指令通过串行数据通信的接口 8发送到基于DSP的数据采集系统4，所述的测量指令包括有初始化设置的信息，并且两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10在内存中设置有用来保存当前初始化设置的信息的数组，每次在保存当前初始化设置的信息之前，先把当前初始化设置的信息同上一次保存在该数组中的上一次初始化设置的信息相比较，如果有差异，就将当前初始化设置的信息保存到用来保存当前初始化设置的信息的数组中，如果没有差异，用来保存当前初始化设置的信息的数组的数据保持不变；
[0016]步骤6:当基于DSP的数据采集系统4接收到经由串行数据通信的接口 8传递来的包括有初始化设置的信息的测量指令，就会根据初始化设置的信息中的选择在波形显示窗口显示的电压波形类别和对基于DSP的数据采集系统的通道的选择把实时采集的同电压波形类别相对应的电压数据通过选择的通道发送到上位机9中；
[0017]步骤7:上位机9接收到电压数据后，两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10就设置缓存区来存储接收到的电压数据，串口通信每次以4个字节为一组的收发数据，接收到的电压输数据为IQ格式的数据，这样再经过格式转化将接收到的电压输数据转换成普通十进制有符号数所表示的波形真实数据，格式转化的具体方式为先判断接收到的电压输数据的正负号属性来导出有符号数，有符号数再经过逆运算即可得到波形真实数据，所述的波形真实数据包括永磁同步电机定子的所述的两相绕组的电压值，再通过永磁同步电机定子的三相绕组的电压值之和为O的条件就能导出永磁同步电机定子的三相绕组中的另外一相绕组的电压值，所述的永磁同步电机定子的三相绕组中的A相绕组的电压值、B相绕组的电压值和C组绕组的电压值分别表示为Va、Vb和V。，两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块10中的三相旋转坐标到两相旋转坐标变换模块11根据永磁同步电机定子的三相绕组中的A相绕组的电压值、B相绕组的电压值和C组绕组的电压值，所述的永磁同步电机定子的三相绕组中的A相绕组的电压值、B相绕组的电压值和C组绕组的电压值按照公式(I)和公式(2)导出永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值，所述的永磁同步电机定子在两相静止坐标系下的a轴电压值以及在两相静止坐标系下的β轴电压值分别为1和Ve，所述的永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值分别为Vd和Θ表示d轴同a轴的夹角:
【权利要求】
1.一种两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统，其特征在于包括在永磁同步电机定子的三相绕组中的两相绕组旁分别设置有第一电磁感应电压传感器和第二电磁感应电压传感器，所述的第一电磁感应电压传感器和第二电磁感应电压传感器能够分别感应出所述的两相绕组的电压，所述的第一电磁感应电压传感器和第二电磁感应电压传感器分别同带有串行通信接口模块的基于DSP的数据采集系统的第一信号接收管脚和第二信号接收管脚相连接，所述的基于DSP的数据采集系统还通过串行数据通信的接口同上位机相连接，所述的上位机带有两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块，所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块包含有三相旋转坐标到两相旋转坐标变换模块，所述的上位机中还包含有VISA模块。
2.根据权利要求1所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统，其特征在于所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块还包括有人机交互界面，所述的人机交互界面包括操作界面部分与显示界面部分，所述的操作界面部分为通过对操作界面的进行操作后就能经过两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块对上位机发送指令；所述的显示界面部分分为波形显示部分和仪表显示部分，所述的波形显示部分能够检测到选定范围内永磁同步电机的定子在两相旋转坐标系下的电压数据的整个变化过程；所述的仪表显示部分能够稳定显示永磁同步电机的定子在两相旋转坐标系下的电压的数据。
3.根据权利要求2所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统，其特征在于所述的波形显示部分通过波形显示窗口显示永磁同步电机的定子电压的幅值-时间曲线，所述的仪器显示部分包括有两个圆弧状刻度区域，所述的两个圆弧状刻度区域分别用来表示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值范围以及永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压值范围，所述的两个圆弧状刻度区域的下方各自设置有一个指针状图标，所述的两个圆弧状刻度区域的上方分别设置有用来显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值的文本框以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值的文本框。
4.根据权利要求3所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统， 其特征在于所述的操作界面部分包括串口参数设置部分、波形选择部分、波形调整部分、控制部分以及波形显示参数设置部分，所述的串口参数设置部分用于对串口通信的参数的初始化，所述的串口参数设置部分包括有用于串行端口号选择的选择框和用于设置串口通信波特率的文本框，所述的用于串行端口号选择的选择框中预设的选择值为上位机能够识别的串行端口号，所述的波形显示参数设置部分包括用来设置数据IQ格式的转换模式的文本框、用来设置缓存大小的文本框以及用来设置采样频率的文本框，所述的波形调整部分包括用来选择基于DSP的数据采集系统的通道的选择按钮、用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值进行测量的游标开关按钮、用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间进行测量的游标开关按钮、用来显示被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值的文本框、用来显示被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间的文本框、用于设置游标刻度值的文本框以及用于波形移动的左右拉条，所述的控制部分包括开始按钮、暂停按钮和停止按钮，所述的开始按钮、暂停按钮和停止按钮分别对被测波形执行启动、暂停运行和终止运行的控制，所述的波形选择部分包括用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压波形的点选框和用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压波形的点选框，这样就能通过选择后在波形显示窗口显示对应选择的用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压波形图或者用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压波形图。
5.根据权利要求4所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统的方法，其特征在于，步骤如下: 步骤1:首先启动两相变换下的永磁同步电机定子电压检测系统，第一电磁感应电压传感器和第二电磁感应电压传感器分别感应出所述的两相绕组的电压，以此对永磁同步电机定子的所述的两相绕组的电压进行数据采集，并把采集到的所述的两相绕组的电压值传递到基于DSP的数据采集系统，并通过两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块运行人机交互界面，在人机交互界面上串口参数设置部分选择串行端口号和串口通信波特率，并让串口通信波特率同基于DSP的数据采集系统中的串行通信接口模块内设置的串口通信波特率一致； 步骤2:在两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块的其他地方对串口通信的奇偶校验位、数据比特位和停止位进行设置，所述的对串口通信的奇偶校验位、数据比特位和停止位设置的值分别同基于DSP的数据采集系统中的串行通信接口模块内设置的串口通信的奇偶校验位、数据比特位和停止位设置的值一致； 步骤3:另外在用来设置数据IQ格式的转换模式的文本框、用来设置缓存大小的文本框以及用来设置采样频率的文本框中分别进行对数据IQ格式的转换模式、缓存大小以及采样频率的设置，通过用来选择基于DSP的数据采集系统的通道的选择按钮进行对基于DSP的数据采集系统的通道的选择，通过用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值进行测量的游标开关按钮、用来选择是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间进行测量的游标开关按钮以及用于设置游标刻度值的文本框分别进行是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的幅值进行测量做出选择、是否对被选择的基于DSP的数据采集系统的通道的时间进行测量做出选择以及设置游标刻度值； 步骤4:通过点选用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压波形的点选框或者用于选择显示永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的q轴电压波形的点选框来选择在波形显示窗口显示的电压波形类别，这样就完成了初始化设置； 步骤5:然后当点击了开始按钮后，所述的两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块就把测量指令通过串行数据通信的接口发送到基于DSP的数据采集系统，所述的测量指令包括有初始化设置的信息，并且两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块在内存中设置有用来保存当前初始化设置的信息的数组，每次在保存当前初始化设置的信息之前，先把当前初始化设置的信息同上一次保存在该数组中的上一次初始化设置的信息相比较，如果有差异，就将当前初始化设置的信息保存到用来保存当前初始化设置的信息的数组中，如果没有差异，用来保存当前初始化设置的信息的数组的数据保持不变； 步骤6:当基于DSP的数据采集系统接收到经由串行数据通信的接口 8传递来的包括有初始化设置的信息的测量指令，就会根据初始化设置的信息中的选择在波形显示窗口显示的电压波形类别和对基于DSP的数据采集系统的通道的选择把实时采集的同电压波形类别相对应的电压数据通过选择的通道发送到上位机中； 步骤7:上位机接收到电压数据后，两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块就设置缓存区来存储接收到的电压数据，串口通信每次以4个字节为一组的收发数据，接收到的电压输数据为IQ格式的数据，这样再经过格式转化将接收到的电压输数据转换成普通十进制有符号数所表示的波形真实数据，格式转化的具体方式为先判断接收到的电压输数据的正负号属性来导出有符号数，有符号数再经过逆运算即可得到波形真实数据，所述的波形真实数据包括永磁同步电机定子的所述的两相绕组的电压值，再通过永磁同步电机定子的三相绕组的电压值之和为O的条件就能导出永磁同步电机定子的三相绕组中的另外一相绕组的电压值，所述的永磁同步电机定子的三相绕组中的A相绕组的电压值、B相绕组的电压值和C组绕组的电压值分别表示为\、Vb和V。，两相变换下的永磁同步电机定子电压检测模块中的三相旋转坐标到两相旋转坐标变换模块根据永磁同步电机定子的三相绕组中的A相绕组的电压值、B相绕组的电压值和C组绕组的电压值，所述的永磁同步电机定子的三相绕组中的A相绕组的电压值、B相绕组的电压值和C组绕组的电压值按照公式(I)和公式(2)导出永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值，所述的永磁同步电机定子在两相静止坐标系下的a轴电压值以及在两相静止坐标系下的β轴电压值分别为^和￥0，所述的永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值分别为Θ表示d轴同a轴的夹角:
所述的永磁同步电机定子在两相旋转坐标系1，pJd轴电压值以及在两相旋转坐标系下的q轴电压值保存于缓存区中以备生成观测波形，在数据存放时，每一次循环，数组都会经过向后移位将新读取到的数据存放在缓存区最前面，数组尾部移出的数据将被剔除； 步骤8:把缓存区中的所述的永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值或者在两相旋转坐标系下的q轴电压值送到波形显示窗口针对对应的永磁同步电机的定子电压以幅值-时间曲线的形式进行显示，或者在仪器显示部分通过指针状图标在圆弧状刻度区域内标示并在对应的用来显示所述的永磁同步电机定子在两相旋转坐标系下的d轴电压值的文本框或者在两相旋转坐标系下的q轴电压值的文本框中显示电压值。
【文档编号】G01R19/25GK104166040SQ201410363997
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】宋奇吼, 于淑萍, 童岩峰, 徐百钏, 陈莉 申请人:南京铁道职业技术学院