一种高精度双转无刷直流电机转速检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于双转无刷直流电机控制领域，具体涉及一种高精度双转无刷直流电机 转速检测方法及装置。
【背景技术】
[0002] 普通无刷直流电机的电枢绕组定子是静止不动的，仅仅是转子永磁体旋转。而双 转无刷直流电机基于作用力和反作用力的原理，在电磁转矩的推动下内外两个转子同时向 相反方向旋转。这种双转无刷直流电机主要应用于水下双转推进系统中，可以有效防止发 生横滚现象，显著提高水下航行器的推进效率。
[0003] 在电机调速系统中，通常采用电流内环、转速外环的双闭环控制策略，电机转速作 为转速闭环的反馈输入不可或缺，其测量精度直接影响到电机调速系统性能的好坏。目前 常用的测速方法主要有三种：T法、M法、M/T法。T法只适用于低速的电机调速系统；M/T法 具有迟滞性且测速精度具有非线性；相较而言，M法更适合用于水下航行器的高转速电机 调速系统中。
[0004] 与普通电机不同的是，双转无刷直流电机的内外转子都在旋转，要测量双转无刷 直流电机的实时转速，就必须同时测量其内外转子的转速。本发明通过针对内外转子各自 安装固定一个位置霍尔盘的方式，提供内外转子的霍尔位置信号，其结构如附图2所示，霍 尔位置信号时序逻辑如附图4所示。通过对内外转子霍尔位置信号的处理，在双转无刷直 流电机调速系统DSP控制器中完成电机实时转速的检测。
【发明内容】
[0005] 要解决的技术问题
[0006] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高精度双转无刷直流电机转速检 测方法及装置，采用双转无刷直流电机内外转子各自安装一个位置霍尔盘的方式，提供内 外转子霍尔位置信号，经过光电隔离与放大处理后输入到电机调速系统DSP控制器，在DSP 控制器中计算出双转无刷直流电机实时转速，本发明通过一种可行且成本较低的方式实现 了对双转无刷直流电机转速的检测，整个系统运行稳定且结果精确。
[0007] 技术方案
[0008] -种高精度双转无刷直流电机转速检测方法，其特征在于步骤如下：
[0009] 第一阶段：初始化电机调速系统；
[0010] 步骤1 :电机调速系统启动时刻将内转子计数变量D_count、D_countb，外转子计 数变量Z_count、Z_countb置零；
[0011] 步骤2:系统采用定期触发中断方式，每次中断检测一次霍尔位置信号，并设定中 断时间Ts;
[0012] 步骤3 :初始化电机极对数p:
[0013] 第二阶段：计算内外转子周期计数长度D_countb、Z_countb，并且进行实时计数；
[0014] 步骤1 :当电机系统完成初始启动时，检测内外转子的霍尔位置信号；
[0015] 检测内转子霍尔位置信号D_U上升沿，若不是上升沿不进行计数，若是上升沿，开 始计数，变量D_count=D_count+l;
[0016] 检测外转子霍尔位置信号z_u上升沿，若不是上升沿不进行计数，若是上升沿，开 始计数，变量Z_count=Z_count+l;
[0017] 步骤2 :继续检测内转子霍尔位置信号D_U上升沿，若不是上升沿，则继续计数；若 检测到上升沿，则停止计数，同时将D_count值赋给变量D_countb，再将D_count值置0 ;
[0018] 继续检测外转子霍尔位置信号Z_U上升沿，若不是上升沿，则继续计数；若检测到 上升沿，则停止计数，同时同时将Z_count值赋给变量Z_countb，再将Z_count置置0 ;
[0019] 第三阶段：计算内外转子实时转速《D、以及总转速《 :
[0020] 步骤1 :计算内转子实时转速
计算外转子实时转速
其中：Ts为第一阶段设置采样时间；
[0021] 步骤2 :计算电机的实时转速〇 = 〇D+〇z。
[0022] -种实现所述双转无刷直流电机转速检测方法的装置，其特征在于包括双转无刷 直流电机本体、内转子霍尔盘、外转子霍尔盘、内转子霍尔位置信号米集电路、外转子霍尔 位置信号采集电路、内转子霍尔位置信号光电隔离与驱动放大电路、外转子霍尔位置信号 光电隔离与驱动放大电路和DSP控制器；内转子霍尔盘和外转子霍尔盘安装在双转无刷直 流电机本体的内转子和外转子上，内转子霍尔位置信号采集电路的输入端与内转子霍尔盘 的输出端连接，其输出端通过内转子霍尔位置信号光电隔离与驱动放大电路连接DSP控制 器；外转子霍尔位置信号采集电路的输入端与外转子霍尔盘的输出端连接，其输出端通过 外转子霍尔位置信号光电隔离与驱动放大电路连接DSP控制器；内转子霍尔盘和外转子霍 尔盘输出的内外转子的霍尔位置信号D_U、D_V、D_W、D_A、D_Z、Z_U、Z_V、Z_W、Z_A、Z_Z，经 过内转子霍尔位置信号采集电路和外转子霍尔位置信号采集电路，以及各自的和光电隔离 与驱动放大电路，输入DSP控制器，计算出双转无刷直流电机实时转速。
[0023] 所述内转子霍尔位置信号光电隔离与驱动放大电路或外转子霍尔位置信号光电 隔离与驱动放大电路包括光耦N9、电阻R9、R18和电容C20 ;D_U信号是双转无刷直流电机 内外转子霍尔位置信号中的一路，D_U信号连接在光耦N9的一个输入端，光耦N9的另外一 个输入端通过电阻R9上拉到+5VH电源，光耦N9的输出一端与地相接，输出另外一端为经 过光电隔离与驱动放大后的霍尔位置信号，通过电阻R18上拉至+5V电源。
[0024] 所述光耦N9采用TLP521。
[0025] 有益效果
[0026] 本发明提出的一种高精度双转无刷直流电机转速检测方法及装置，可以精确计算 出高精度双转无刷直流电机实时转速。在电机调速系统中，通常采用电流内环、转速外环 的双闭环控制策略，电机转速作为转速闭环的反馈输入不可或缺，其检测精度直接影响到 电机调速系统性能的好坏。本发明通过针对内外转子各自安装固定一个位置霍尔盘的方 式，提供内外转子的霍尔位置信号，其结构如附图1所示，霍尔位置信号时序逻辑如附图3 所示。霍尔位置信号经过内外转子霍尔位置信号采集电路和光电隔离与驱动放大电路，输 入到双转无刷直流电机调速系统DSP控制器中。本发明提出的一种高精度双转无刷直流 电机转速检测方法分为两个阶段：第一阶段通过检测霍尔位置信号U的上升沿，完成计数 count，并在第一阶段结束时将count数值保存到countb中，同时将计数变量count清零； 第二阶段通过检测霍尔位置信号U的上升沿，进行计数count，同时计算转子转速。通过在 双转无刷直流电机调速系统DSP控制器中同时进行具体分为上述两个阶段的内外转子实 时位置检测程序，可以准确的得到内外转子实时转速《 D、，由于电机内外转子转动方向 相反，可以得到双转无刷直流电机实时转速《 = ?D+?Z。本发明通过一种可行且成本较 低的方式实现了对双转无刷直流电机转速的检测，整个系统运行稳定且结果精确。
【附图说明】
[0027] 图1 :双转无刷直流电机双闭环调速系统原理框图；
[0028] 图2 :双转无刷直流电机结构示意图；
[0029] 1内轴，2外轴，3轴承，4内转子，5外转子，6磁钢，7外壳，8漆包线，9外转子霍尔 盘，10内转子霍尔盘，11滑环；
[0030] 图3 :高精度双转无刷直流电机转速检测程序流程图；
[0031] 图4 :霍尔位置信号时序逻辑图；
[0032] 图5 :霍尔位置信号光电隔离与驱动放大电路图；
[0033] 图6 :高精度双转无刷直流电机转速检测程序流程图。
【具体实施方式】
[0034] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
[0035] 本实施例是应用于水下航行器中的双转无刷直流电机调速系统，目的在于实现双 转无刷直流电机实时转速《的检测。
[0036] 参照附图1，内转子霍尔盘和外转子霍尔盘安装在双转无刷直流电机本体上，可以 提供内外转子的霍尔位置信号D_U、D_V、D_W、D_A、D_Z、Z_U、Z_V、Z_W、Z_A、Z_Z，这10路霍 尔位置信号经过内外转子霍尔位置信号采集电路和光电隔离与驱动放大电路，输入到双转 无刷直流电机调速系统DSP控制器。
[0037] 参照附图2,双转无刷直流电机由内转子、外转子、内转子霍尔盘、外转子霍尔盘、 内轴、外轴、滑环等构成。
[0038] 参照附图3,双转无刷直流电机双闭环调速系统由参考转速、转速检测、转速控制 器、参考电流、电流检测、电流控制器、PWM调制、逆变器、双转无刷直流电机本体组成。电