一种信号处理方法及装置与流程

本发明涉及同步电机控制技术领域，尤其涉及一种信号处理方法及装置。

背景技术：

准确获取同步电机转子位置是保证电机可靠运行和高性能控制的必要条件。随着同步电机性能的不断提升，以及现代工业对过程控制精度要求的不断提高，如何准确无误地获取同步电机转子位置成为同步电机控制技术领域的研究热点和难点。

鉴于成本和体积优势，现有技术一般采用旋转变压器作为同步电机的位置信号传感器，由旋转变压器得到模拟的同步电机转子位置信号，然后通过解码芯片将模拟的同步电机转子位置信号转换成数字信号。由于旋转变压器磁阻设计不合理、机械安装偏移和解码算法局限性等原因，实际解码得到的同步电机转子位置信号会叠加一个周期振荡信号，导致测得的同步电机转子位置信号不准确。将该位置信号用于同步电机闭环控制时，会造成同步电机三相电流不平衡。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中测得的同步电机转子位置信号不准确的问题，本发明提出一种信号处理方法及装置，可以有效去除叠加的周期振荡干扰信号，得到准确的同步电机转子位置信号。

一种信号处理方法，包括：

对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；

对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；

对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；

对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号。

优选地，所述对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号，包括：

对所述测得的同步电机转子的速度信号进行滑动平均值滤波处理，得到同步电机转子的实际速度信号。

优选地，所述对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号，包括：

对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行取差值处理，得到叠加的干扰速度信号。

优选地，所述对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号，包括：

对所述叠加的干扰速度信号进行积分处理，得到叠加的干扰位置信号。

一种信号处理装置，包括：

滤波单元，用于对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；

第一取差值单元，用于对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；

积分单元，用于对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；

第二取差值单元，用于对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号。

优选地，所述滤波单元对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号时，具体用于：

对所述测得的同步电机转子的速度信号进行滑动平均值滤波处理，得到同步电机转子的实际速度信号。

优选地，所述第一取差值单元对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号时，具体用于：

对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行取差值处理，得到叠加的干扰速度信号。

优选地，所述积分单元对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号时，具体用于：

对所述叠加的干扰速度信号进行积分处理，得到叠加的干扰位置信号。

使用本发明提出的信号处理方法及装置，对测得的同步电机转子的位置信号和速度信号进行处理，首先对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；然后对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；进一步地，对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；最后对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号，从而有效地去除了叠加的周期振荡干扰信号，解决了由于旋转变压器磁阻设计不合理、机械安装偏移和解码算法局限性等原因导致的测得的同步电机转子位置信号不准确问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种信号处理方法的流程示意图；

图2是理想情况下解码得到的同步电机转子的位置信号示意图；

图3是实际情况下解码得到的同步电机转子的速度信号示意图；

图4是实际情况下解码得到的同步电机转子的位置信号示意图；

图5是对干扰速度信号进行积分时对积分值进行清零处理的示意图；

图6是本发明实施例公开的一种信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种信号处理方法，参见图1，该方法包括：

S101、对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；

具体的，可以利用旋转变压器对同步电机转子的速度信号和位置信号进行测量：

由解码芯片给旋转变压器提供激励信号E₀＝Asinωt，假设同步电机转子的位置为θ_r，旋转变压器的定转子绕组变化比为k，那么旋转变压器输出的正余弦信号分别为：

E_sin＝kE₀sinθ_r＝kAsinωt sinθ_r

E_cos＝kE₀cosθ_r＝kAsinωt cosθ_r

解码芯片对正余弦信号进行正交锁相，得到同步电机转子的速度信号ω_r，对ω_r进行积分，能够得到同步电机转子的位置信号θ_r。

在理想情况下，解码得到的位置信号如图2所示，当旋转变压器磁阻设计不合理、机械安装偏移时，其本身产生的输出信号E_sin、E_cos就会有畸变，并且由于锁相环PI本身的实时调节作用，导致解码芯片得到的速度信号叠加了一个周期振荡信号，如图3所示。

在解码芯片中，由于位置信号是由速度信号积分得到的，因此测得的位置信号也叠加了一个周期振荡信号，如图4所示。

为了消除所述周期振荡信号，得到准确的同步电机转子位置信号，本发明需要对测得的同步电机转子速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号，便于后续利用。

S102、对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；

我们假设电机实际速度信号为ω_real，叠加的干扰速度信号为ω_ac，测量的速度信号为ω_meas，并且θ_meas＝∫ω_measdt＝∫ω_realdt+∫ω_acdt。

具体的，想要得到同步电机转子的实际位置信号，需要得到叠加的干扰位置信号，由于干扰位置信号由干扰速度信号积分得到，因此，由同步电机转子的速度信号得到叠加的干扰速度信号，是找出干扰位置信号的前提与关键。

S103、对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；

具体的，按照前文所述，对所述叠加的干扰速度信号进行积分，即可得到叠加的干扰位置信号：

θ_ac＝∫ω_acdt

S104、对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号。

具体的，用测量的同步电机转子的位置信号减去叠加的干扰位置信号，即可得到同步电机转子的实际位置信号：

θ_real(k)＝θ_meas(k)-θ_ac(k)

使用本发明提出的信号处理方法，对测得的同步电机转子的位置信号和速度信号进行处理，首先对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；然后对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；进一步地，对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；最后对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号，从而有效地去除了叠加的周期振荡干扰信号，解决了由于旋转变压器磁阻设计不合理、机械安装偏移和解码算法局限性等原因导致的测得的同步电机转子位置信号不准确问题。

可选的，在本发明的另一个实施例中，所述对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号，包括：

对所述测得的同步电机转子的速度信号进行滑动平均值滤波处理，得到同步电机转子的实际速度信号。

具体的，叠加的周期振荡干扰信号与同步电机转子的实际速度信号频率不同，因此，使用合适的滤波器就可以滤除周期振荡干扰信号，得到同步电机转子的实际速度信号，即：ω_real＝filter(ω_meas)。由于滑动平均值滤波运算简单且准确度较高，因此本发明优先采用滑动平均值滤波。

一般情况下，周期振荡干扰信号的频率高于同步电机转子的实际速度信号频率，因此，使用合适的低通滤波器也可以得到同步电机转子的实际速度信号。本发明不仅限于使用滑动平均值滤波或低通滤波对同步电机转子的速度信号进行处理，只要是能够滤除周期振荡干扰信号的滤波方法，都可以被采用。

可选的，在本发明的另一个实施例中，所述对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号，包括：

对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行取差值处理，得到叠加的干扰速度信号。

具体的，用测得的同步电机转子的速度信号ω_meas减去同步电机转子的实际速度信号，得到叠加的干扰速度信号：

ω_ac＝ω_meas-ω_real＝ω_meas-filter(ω_meas)

可选的，在本发明的另一个实施例中，所述对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号，包括：

对所述叠加的干扰速度信号进行积分处理，得到叠加的干扰位置信号。

具体的，由于误差的随机性存在，叠加的干扰速度信号可能不是严格的周期振荡信号，如果直接对ω_ac积分会使随机产生的误差持续累积，造成积分漂移现象。理论上，叠加的干扰速度信号是周期振荡信号，在一个周期内，该干扰速度信号幅值之和为0，即在一个周期内，该周期振荡信号的积分值为0，因此我们在每个积分周期开始前，对积分值进行清零处理，就可以消除误差。事实上，我们也可以在几个完整的积分周期之后对积分值进行清零处理，只要是我们选择一个理论上能够使周期振荡信号的积分值为0的时刻对积分值进行清零处理，都可以防止积分漂移。

如图5所示，当测量的位置信号从360°到0°(或从0°到360°)跳变时，那么将积分清零。此跳变时刻判断方法为：判断前后两次位置信号相差大于180°。

在工程实际中，速度和位置都是离散数字量，设离散时间为T_s，那么干扰位置信号θ_ac计算方法如下所示：

本发明实施例公开了一种位置信号处理装置，参见图6，该装置包括：

滤波单元101，用于对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；

第一取差值单元102，用于对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；

积分单元103，用于对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；

第二取差值单元104，用于对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号。

具体的，本实施例中各个单元的具体工作内容请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。

使用本发明提出的信号处理装置，对测得的同步电机转子的位置信号和速度信号进行处理，首先滤波单元101对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号；然后第一取差值单元102对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号；进一步地，积分单元103对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号；最后第二取差值单元104对测得的同步电机转子的位置信号及所述叠加的干扰位置信号进行取差值处理，得到同步电机转子的实际位置信号，从而有效地去除了叠加的周期振荡干扰信号，解决了由于旋转变压器磁阻设计不合理、机械安装偏移和解码算法局限性等原因导致的测得的同步电机转子位置信号不准确问题。

可选的，在本发明的另一个实施例中，所述滤波单元101对测得的同步电机转子的速度信号进行处理，得到同步电机转子的实际速度信号时，具体用于：

对所述测得的同步电机转子的速度信号进行滑动平均值滤波处理，得到同步电机转子的实际速度信号。

具体的，本实施例中滤波单元101的具体工作内容请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。

可选的，在本发明的另一个实施例中，所述第一取差值单元102对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行处理，得到叠加的干扰速度信号时，具体用于：

对所述同步电机转子的速度信号及所述同步电机转子的实际速度信号进行取差值处理，得到叠加的干扰速度信号。

具体的，本实施例中第一取差值单元102的具体工作内容请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。

可选的，在本发明的另一个实施例中，所述积分单元103对所述叠加的干扰速度信号进行处理，得到叠加的干扰位置信号时，具体用于：

对所述叠加的干扰速度信号进行积分处理，得到叠加的干扰位置信号。

具体的，本实施例中积分单元103的具体工作内容请参见对应的方法实施例的内容，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。