电机旋变检测调理电路及旋变初始位置自检测自更新方法
【专利摘要】本发明公开了一种电机旋变检测调理电路及旋变初始位置自检测自更新方法，方法包括：电机控制器根据模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式；电机控制器控制磁极进行对正，然后通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取此时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角写入软件版本中；电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取编码器的绝对角度，并根据软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的电角度及电角速度。本发明增设了旋变位置自检测自更新模式，在同一软件版本的前提下，有效减少了电机出厂测试中的旋变位置调整环节，且能够自动精确检测并更新旋变初始角。本发明可广泛应用于变频调速领域。
【专利说明】
电机旋变检测调理电路及旋变初始位置自检测自更新方法
技术领域
[0001]本发明涉及变频调速领域，尤其是一种电机旋变检测调理电路及旋变初始位置自检测自更新方法。
【背景技术】
[0002 ]电机运行的当前位置对于电机系统的矢量控制至关重要。现有的方案通过电机位置传感器或者估算的方式来获得电机的当前位置，并配合采样(或估算)周期来计算电机转速。首先，现有估算方法的精度是无法与传感器计算精度相媲美的。其次，现有电机位置传感器的方式，其在软件中已标定好旋变初始角的位置，后续只能通过旋变位置的定位安装来保证精度。然而实际的旋变位置和软件的标定角度存在差别，此时，现有技术提供了两种解决方式:第一种是在电机出厂前对全部电机的旋变初始角都进行一次检验，需要依次根据电机的相应旋变角对软件进行一对一的修正，这样每一个电机的软件都不一样，导致每台电机控制的软件版本相同是不可能的，所以客户是不允许这种情况的；另一种方式是对第一种的补充，通过提高安装的精度来保证旋变初始角精度，但实际上对于电机的精密控制来说，这种方式存在不可避免的偏差，很难保证精确判断出电机的位置，高效输出力矩。因此，现在普遍的电机厂商采用出厂测试中调整旋变位置来满足输出指标的方式，这种方式既增加了电机的出厂测试时间，又降低了电机的控制精度、系统效率和峰值扭矩输出性會K。
[0003]此外，业内还出现了一种通过旋转变压器、旋转变压器解码芯片和主控芯片的配合来检测电机的旋变位置方式，此方式中旋转变压器解码芯片为旋转变压器提供激励信号，并将旋转变压器输出的位置信号转换为数字量送往主控芯片，转换为数字位置信号。然而，此种方式默认旋转变压器与旋转变压器解码芯片的电压幅值以及相位是相同的，并未考虑到因干扰、噪声等因素导致二者电压幅值以及相位出现不一致的情况，降低了电机旋变位置检测的精度，严重时甚至会因旋转变压器输出的电压过大而导致旋转变压器解码芯片损坏。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明的目的在于:提供一种精度高和安全的，电机旋变检测调理电路。
[0005]本发明的另一目的在于:提供一种在同一软件版本的前提下，能有效减少电机出厂测试中的旋变位置调整环节，且能够精确判断出旋变初始角的，旋变初始位置自检测自更新方法。
[0006]本发明所采取的技术方案是:
电机旋变检测调理电路，包括解码芯片第一输入端、解码芯片第二输入端、旋转变压器第一输出端、旋转变压器第二输出端、电压调理电路、第一相位调理电路以及第二相位调理电路和15V外部电源，所述15V外部电源通过电压调理电路接数字地，所述电压调理电路的输入端还分别与旋转变压器第一输出端和旋转变压器第二输出端连接，所述电压调理电路的输出端还分别与第一相位调理电路的输入端以及第二相位调理电路的输入端连接，所述第一相位调理电路的输出端分别与解码芯片第一输入端以及数字地连接，所述第二相位调理电路的输出端分别与解码芯片第二输入端以及数字地连接。
[0007]进一步，所述电压调理电路包括第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻，所述15V外部电源依次通过第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻进而与数字地连接，所述第二电阻还与第一相位调理电路连接，所述第五电阻还与第二相位调理电路连接。
[0008]进一步，所述第一相位电路包括第三电阻和第一电容，所述第二相位电路包括第四电阻和第三电容，所述第三电阻的一端和第一电容的一端均与第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与解码芯片第一输入端连接，所述第四电阻的一端和第三电容的一端均与第五电阻连接，所述第四电阻的另一端与解码芯片第二输入端连接，所述第一电容的另一端以及第二电容的另一端均接数字地。
[0009]进一步，所述解码芯片采用AU6802解码芯片。
[0010]进一步，所述旋转变压器第一输出端与旋转变压器第二输出端之间的电压为1-7V，所述解码芯片第一输入端与解码芯片第二输入端之间的电压为0-5V。
[0011]进一步，所述第一电阻的阻值为51ΚΩ，所述第二电阻的阻值为68 ΚΩ，所述第三电阻的阻值为30ΚΩ，所述第四电阻的阻值为30 ΚΩ，所述第五电阻的阻值为68 ΚΩ，所述第六电阻的阻值为20ΚΩ，所述第一电容和第三电容的电容值均为InF，所述第二电容的电容值为I OOnF。
[0012]本发明所采取的另一技术方案是:
旋变初始位置自检测自更新方法，包括以下步骤:
51、电机控制器根据模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式；
52、电机控制器控制磁极进行对正，然后通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取此时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角写入软件版本中；
53、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取编码器的绝对角度，并根据软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的电角度及电角速度。
[0013]进一步，所述步骤SI具体为:
电机控制器根据CAN通信发送的模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式，所述模式选择切换信号包括但不限于转速模式选择信号、转矩模式选择信号以及旋变初始角自检测自更新模式选择信号。
[0014]进一步，所述步骤S2包括:
521、电机控制器控制电机磁极进行对正，使电机转子的位置角度变为O;
522、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取磁极对正时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角；
523、将电机的旋变初始角写入到装载有软件版本的ROM中进行固化。
[0015]进一步，所述步骤S3包括:
S31、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取电机当前位置编码器的绝对角度； S32、根据电机当前位置编码器的绝对角度和软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的当前电角度及当前电角速度，所述电机的当前电角度=(电机当前旋变的角度-软件版本中电机的旋变初始角)+旋变极对数X电机极对数，所述电机的当前电角速度=(电机的当前电角度-电机上一检测周期的电角度)+检测周期。
[0016]本发明的电路的有益效果是:包括解码芯片第一输入端、解码芯片第二输入端、旋转变压器第一输出端、旋转变压器第二输出端、电压调理电路、第一相位调理电路以及第二相位调理电路和15V外部电源，增设了电压调理电路、第一相位调理电路以及第二相位调理电路，能通过电压调理电路的电压幅值调理以及相位调理电路的电压相位调理，使得旋转变压器输出的信号最终满足解码芯片的幅值和相位要求，提高了电机旋变位置检测的精度，减少了因旋转变压器输出的电压过大而导致旋转变压器解码芯片损坏的情况发生，更加安全。
[0017]本发明的方法的有益效果是:增设了旋变位置自检测自更新模式，通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取此时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角写入软件版本中，改变了现有技术在软件中已标定好旋变初始角的位置的方式，使得旋变位置初始角是可变的，在电机出厂测试时只需通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取旋变位置初始角并将其写入软件版本即可获得对应电机的准确旋变初始位置，从而在同一软件版本的前提下，有效减少了电机出厂测试中的旋变位置调整环节，且旋变位置自检测自更新模式能够针对不同旋变位置偏差自动精确检测并更新旋变初始角。
【附图说明】
[0018]图1为本发明电机旋变检测调理电路的电路原理图；
图2为旋变初始位置自检测自更新方法的整体流程图；
图3为本发明实施例一旋变自检测自更新模式的流程图。
[0019]附图标记:1、电压调理电路;2、第一相位调理电路;3、第二相位调理电路;S1(S3)、解码芯片第一输入端；S2(S4)、解码芯片第二输入端;SI’(S3’)、旋转变压器第一输出端；32’(54’)、旋转变压器第二输出端;1?1、第一电阻;1?2、第二电阻;1?3、第三电阻;1?4、第四电阻;R5、第五电阻;R6、第六电阻;Cl、第一电容;C2、第二电容;C3、第三电容;+15V、15V外部电源;DGND、数字地。
【具体实施方式】
[0020]参照图1，电机旋变检测调理电路，包括解码芯片第一输入端、解码芯片第二输入端、旋转变压器第一输出端、旋转变压器第二输出端、电压调理电路、第一相位调理电路以及第二相位调理电路和15V外部电源，所述15V外部电源通过电压调理电路接数字地，所述电压调理电路的输入端还分别与旋转变压器第一输出端和旋转变压器第二输出端连接，所述电压调理电路的输出端还分别与第一相位调理电路的输入端以及第二相位调理电路的输入端连接，所述第一相位调理电路的输出端分别与解码芯片第一输入端以及数字地连接，所述第二相位调理电路的输出端分别与解码芯片第二输入端以及数字地连接。
[0021]参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述电压调理电路包括第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻，所述15V外部电源依次通过第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻进而与数字地连接，所述第二电阻还与第一相位调理电路连接，所述第五电阻还与第二相位调理电路连接。
[0022]参照图1，进一步作为优选的实施方式，所述第一相位电路包括第三电阻和第一电容，所述第二相位电路包括第四电阻和第三电容，所述第三电阻的一端和第一电容的一端均与第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与解码芯片第一输入端连接，所述第四电阻的一端和第三电容的一端均与第五电阻连接，所述第四电阻的另一端与解码芯片第二输入端连接，所述第一电容的另一端以及第二电容的另一端均接数字地。
[0023]进一步作为优选的实施方式，所述解码芯片采用AU6802解码芯片。
[0024]进一步作为优选的实施方式，所述旋转变压器第一输出端与旋转变压器第二输出端之间的电压为1-7V，所述解码芯片第一输入端与解码芯片第二输入端之间的电压为0-5V。
[0025]进一步作为优选的实施方式，所述第一电阻的阻值为51ΚΩ，所述第二电阻的阻值为68 ΚΩ，所述第三电阻的阻值为30ΚΩ，所述第四电阻的阻值为30 ΚΩ，所述第五电阻的阻值为68 ΚΩ，所述第六电阻的阻值为20ΚΩ，所述第一电容和第三电容的电容值均为InF，所述第二电容的电容值为100nF。
[0026]参照图2，旋变初始位置自检测自更新方法，包括以下步骤:
51、电机控制器根据模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式；
52、电机控制器控制磁极进行对正，然后通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取此时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角写入软件版本中；
53、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取编码器的绝对角度，并根据软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的电角度及电角速度。
[0027]进一步作为优选的实施方式，所述步骤SI具体为:
电机控制器根据CAN通信发送的模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式，所述模式选择切换信号包括但不限于转速模式选择信号、转矩模式选择信号以及旋变初始角自检测自更新模式选择信号。
[0028]进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2包括:
521、电机控制器控制电机磁极进行对正，使电机转子的位置角度变为O;
522、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取磁极对正时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角；
523、将电机的旋变初始角写入到装载有软件版本的ROM中进行固化。
[0029]进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3包括:
531、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取电机当前位置编码器的绝对角度；
532、根据电机当前位置编码器的绝对角度和软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的当前电角度及当前电角速度，所述电机的当前电角度=(电机当前旋变的角度-软件版本中电机的旋变初始角)+旋变极对数X电机极对数，所述电机的当前电角速度=(电机的当前电角度-电机上一检测周期的电角度)+检测周期。
[0030]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
[0031 ] 实施例一参照图1，本发明的第一实施例:
在电机的矢量控制，转子位置角通过编码器来获得。旋变由于它启动方便，材质皮实的特点，被广泛应用于电动汽车领域。旋变初始定位的主要目的是获得在电机位置角为O度时对应的编码器绝对角度(即初始角)，根据这一信息可以使得电机的位置角与编码器的绝对角度对应。
本发明的电机控制器在通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取编码器的绝对角度时沿用了现有技术的原理:旋变解码芯片产生的激励信号经激励信号调理电路输出给旋转变压器，然后旋转变压器把检测到的旋变SIN信号和旋变COS信号再送入解码芯片作处理，最后解码芯片以并行的方式通过电平转换电路把电机位置信号传送给DSP，由DSP经处理后得出编码器的绝对角度。本发明的旋变解码芯片采用了多摩川公司解码芯片AU6802(如AU6802N1等)，它专门用来为旋转变压器提供激励信号，并将旋转变压器输出的位置信号转换为数字量送往DSP。本发明旋变解码芯片的外围电路中输入调理电路和激励信号调理电路沿用了AU6802N1解码芯片自带的接口电路，在此不再详细描述。而为了提高电机旋变位置检测的精度以及减少旋转变压器输出的电压过大而导致旋转变压器解码芯片损坏的情况发生，本发明还专门设计了图1的电机旋变检测调理电路。
[0032]如图1所示，本发明的电机旋变检测调理电路包括解码芯片第一输入端S1(S3)、解码芯片第二输入端S2(S4)、旋转变压器第一输出端SI’(S3’)、旋转变压器第二输出端S2’(S4’)、电压调理电路1、第一相位调理电路2以及第二相位调理电路3和15V外部电源。
[0033]其中，电压调理电路I，用于对旋转变压器输出信号的电压幅值进行调理，以满足AU6802N1解码芯片的输入电压要求。电压调理电路由第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻组成。
[0034]第一相位调理电路2以及第二相位调理电路3，用于对旋转变压器输出信号的电压相位进行调理，降低因旋转变压器与AU6802N1解码芯片相位不一致而对检测精度造成的影响。第一相位电路2由第三电阻和第一电容组成，而第二相位电路3由第四电阻和第三电容组成。
[0035]若旋转变压器第二输出端之间的电压为1-7V，电机旋变输入(S卩15V外部电源输入)的电流10mA，电压15V时，则需串联阻值似=15￥+1011^=15(^0。而根据AU6802N1解码芯片的要求，AU6802N1解码芯片的输入电压小于等于5V，故电机旋变输出的电压也应小于等于5V。基于以上两点的综合考虑，本发明电机旋变检测调理电路中各器件的参数分别为:第一电阻的阻值为51ΚΩ，第二电阻的阻值为68 ΚΩ，第三电阻的阻值为30ΚΩ，第四电阻的阻值为30 ΚΩ，第五电阻的阻值为68 ΚΩ，第六电阻的阻值为20ΚΩ，第一电容和第三电容的电容值均为InF，第二电容的电容值为100nF。
[0036]实施例二
参照图2和图3，本发明的第二实施例:
为了在批量电机系统生产中，解决旋变一致性难以保证的前提下要求软件版本一致所带来的电机旋变初始位置参数偏差问题，本发明提出了一种旋变初始位置自检测自更新方法。本发明自检测自更新方法的实现原理如下:
本发明设置有电机旋变初始角检测模式，在电机系统出厂检验中，电机控制器可以通过通信指令(如CAN通信指令)进入该模式，自动对齐电机磁场方向，记录并储存此时旋变角度，作为后续其他控制功能固定不变的旋变初始角度，其包括:
a)电机旋变初始角检测及更新模式切换功能；
b)旋变初始角位置检测功能。
[0037]电机控制器可以通过CAN通信发送对应的模式选择切换信号(包括转速模式选择信号、转矩模式选择信号以及旋变初始角自检测自更新模式选择信号)进入电机旋变初始角检测及更新模式切换功能，进入后实现电机磁场对正功能、旋变位置检测功能、旋变初始角变量标定功能，如图3所示。
[0038]电机控制器进入旋变初始位置检测模式后，控制电机磁极对正，使电机的q轴重合，此时电机转子的位置角度为0，记录下此时编码器的绝对角度，作为此电机的旋变初始角SitaO。在该模式下，设置旋变初始角为可改变量，将实时检测到的旋变初始角写入软件版本中，作为该电机此后其他控制模式(如转速模式、转矩模式)下的固定旋变初始角参数。
[0039]固定旋变初始角参数后，电机的电角度Deta=(SitaX-SitaO)/旋变极对数*电机极对数。电机的电角速度=(当前电角度Detal-上一检测周期电角度DetaO)/检测周期。
[0040]本发明采用了一种旋变初始位置自检测自更新技术，在保证批量电机系统软件一致的前提下，能针对不同电机旋变位置偏差，自动精确检测并更新旋变初始角。本发明可以实现:
a.在批量下线检测中，不用对电机旋变初始位置进行调整，即可获得对应电机的准确旋变初始位置，降低硬件调整工作量和难度；
b.通过软件模式切换的方式，可以保证批量产品的软件一致性；
c.旋变自检测自更新技术可以保证每台电机的旋变初始角都与匹配电机高度一致，提高了系统的控制准确度。
[0041]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1.电机旋变检测调理电路，其特征在于:包括解码芯片第一输入端、解码芯片第二输入端、旋转变压器第一输出端、旋转变压器第二输出端、电压调理电路、第一相位调理电路以及第二相位调理电路和15V外部电源，所述15V外部电源通过电压调理电路接数字地，所述电压调理电路的输入端还分别与旋转变压器第一输出端和旋转变压器第二输出端连接，所述电压调理电路的输出端还分别与第一相位调理电路的输入端以及第二相位调理电路的输入端连接，所述第一相位调理电路的输出端分别与解码芯片第一输入端以及数字地连接，所述第二相位调理电路的输出端分别与解码芯片第二输入端以及数字地连接。2.根据权利要求1所述的电机旋变检测调理电路，其特征在于:所述电压调理电路包括第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻，所述15V外部电源依次通过第一电阻、第二电阻、第二电容、第五电阻和第六电阻进而与数字地连接，所述第二电阻还与第一相位调理电路连接，所述第五电阻还与第二相位调理电路连接。3.根据权利要求2所述的电机旋变检测调理电路，其特征在于:所述第一相位电路包括第三电阻和第一电容，所述第二相位电路包括第四电阻和第三电容，所述第三电阻的一端和第一电容的一端均与第二电阻连接，所述第三电阻的另一端与解码芯片第一输入端连接，所述第四电阻的一端和第三电容的一端均与第五电阻连接，所述第四电阻的另一端与解码芯片第二输入端连接，所述第一电容的另一端以及第二电容的另一端均接数字地。4.根据权利要求1、2或3所述的电机旋变检测调理电路，其特征在于:所述解码芯片采用AU6802解码芯片。5.根据权利要求1、2或3所述的电机旋变检测调理电路，其特征在于:所述旋转变压器第一输出端与旋转变压器第二输出端之间的电压为1-7V，所述解码芯片第一输入端与解码芯片第二输入端之间的电压为0-5V。6.根据权利要求3所述的电机旋变检测调理电路，其特征在于:所述第一电阻的阻值为.51ΚΩ，所述第二电阻的阻值为68 ΚΩ，所述第三电阻的阻值为30ΚΩ，所述第四电阻的阻值为30 ΚΩ，所述第五电阻的阻值为68 ΚΩ，所述第六电阻的阻值为20ΚΩ，所述第一电容和第三电容的电容值均为I nF，所述第二电容的电容值为I OOnF。7.旋变初始位置自检测自更新方法，其特征在于:包括以下步骤: S1、电机控制器根据模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式； S2、电机控制器控制磁极进行对正，然后通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取此时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角写入软件版本中； S3、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取编码器的绝对角度，并根据软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的电角度及电角速度。8.根据权利要求7所述的旋变初始位置自检测自更新方法，其特征在于:所述步骤SI具体为: 电机控制器根据CAN通信发送的模式选择切换信号进入旋变位置自检测自更新模式，所述模式选择切换信号包括但不限于转速模式选择信号、转矩模式选择信号以及旋变初始角自检测自更新模式选择信号。9.根据权利要求7所述的旋变初始位置自检测自更新方法，其特征在于:所述步骤S2包括: S21、电机控制器控制电机磁极进行对正，使电机转子的位置角度变为O; S22、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路读取磁极对正时编码器的绝对角度，并以此时读取的绝对角度作为电机的旋变初始角； S23、将电机的旋变初始角写入到装载有软件版本的ROM中进行固化。10.根据权利要求7、8或9所述的旋变初始位置自检测自更新方法，其特征在于:所述步骤S3包括: S31、电机控制器通过旋转变压器、解码芯片和外围电路实时读取电机当前位置编码器的绝对角度； S32、根据电机当前位置编码器的绝对角度和软件版本中电机的旋变初始角实时计算电机的当前电角度及当前电角速度，所述电机的当前电角度=(电机当前位置编码器的绝对角度-软件版本中电机的旋变初始角旋变极对数X电机极对数，所述电机的当前电角速度=(电机的当前电角度-电机上一检测周期的电角度)+检测周期。
【文档编号】H02P21/18GK105897105SQ201610269929
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】王光宇, 何涛, 夏珩
【申请人】广州橙行智动汽车科技有限公司