电机控制容错处理装置、电机及电动车的制作方法

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机控制容错处理装置、电机及电动车。

背景技术：

传统电机控制均为常规闭环控制，外界的干扰和振动等情况都对电机的运行有影响。电机运行状态跟随传感器信号的变化而变化，电机传感器信号受到干扰的时候电机运行状态也会受到干扰，在正常运转的时候的运行状态如果受到干扰而发生突变，会对使用电机的设备带来损伤，对电机本体也会损伤。

因此，有必要提供一种电机控制容错处理装置以解决现有技术中存在的上述技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的一个技术问题是如何提供一种可以有效地防止电机的失控、具有容错能力的电机控制容错处理装置。

本发明提供一种电机控制容错处理装置，包括：电机位置传感器、解码电路、电流传感器、电机转速传感器、计算电路、处理电路；其中，电机位置传感器采集设定采样周期内电机转子的位置信号；解码电路与所述电机位置传感器电连接，根据电机位置传感器采集的位置信号确定设定采样周期内电机转子位置，其中，所述电机转子的位置包括电机转子当前位置θn以及电机转子上一次位置θn-1；电流传感器采集电机的负载信号并确定电机的当前负载；电机转速传感器采集电机的转速信号并确定电机的当前转速；计算电路与所述解码电路、电流传感器、电机转速传感器电连接，判断电机转子当前位置θn是否位于根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定的设定位置范围内；处理电路与计算电路电连接，如果所述设定采样周期内电机转子当前位置θn不属于所述设定位置范围，根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定电机转子的校正位置θn′，以便采用所述电机转子的校正位置θn′对电机进行控制。

进一步地，处理电路用于如果所述设定采样周期内电机转子当前位置θn属于所述设定位置范围，确定电机位置传感器未发生突变，根据所述电机位置传感器采集的电机转子当前位置θn输出PWM波形以便根据电机转子位置调整电流控制电机。

进一步地，该装置还包括设定位置范围确定电路，设定位置范围确定电路与所述解码电路、电流传感器、电机转速传感器电连接，根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定电机转子的合理位置θn*；根据电机转子的合理位置θn*以及设定阈值范围Δθ确定设定位置范围[θn*-Δθ，θn*+Δθ]，其中，所述设定阈值范围Δθ与所述电机转子的当前转速成正相关关系。

进一步地，所述设定阈值范围包括[-10°，10°]或[-5°，5°]。

进一步地，计算电路根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定电机转子的合理位置θn*；处理电路判断所述设定采样周期内电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值是否超过设定阈值范围Δθ；如果设定采样周期内电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值超过设定阈值范围Δθ，采用所述电机转子的合理位置θn*作为校正位置θn′对电机进行控制。

进一步地，所述计算电路包括加法电路、乘法电路、除法电路、减法电路；计算电路根据设定采样周期内电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机当前转速通过上述电路计算确定校正的电机转子合理位置θn*以及设定阈值范围Δθ。

进一步地，电机位置传感器的设定采样周期为1-20毫秒。

进一步地，所述电机包括2对极电机、4对极的电机、6对极电机；其中，如果电机为4对极的电机，电机转1圈，旋转变压器的电角度为4个360度的周期，电机的电角度为4个360度的周期，将所述360度的周期设定对应数字信号为1~4096，解码电路根据电机位置传感器采集的上述电机转子位置对应的数字信号的取值确定电机转子位置。

本发明还提供一种电机，包括如上所述的电机控制容错处理装置。

本发明还提供一种电动车，包括如上所述的电机。

本发明提供的电机控制容错处理装置、电机以及电动车，可以有效地防止电机的失控，防止信号干扰的时候电机发生控制故障报警，具有容错能力，保持控制的连续性和稳定性，对使用电机的设备和人员不会带来冲击，保护了设备和人员的安全。

附图说明

图1示出本发明一个实施例的电机控制容错处理装置的结构框图。

图2示出本发明一种基于电机控制容错处理装置的容错处理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

图1示出本发明一个实施例的电机控制容错处理装置的结构框图。如图1所示，该电机控制容错处理装置100主要包括：电机位置传感器101、解码电路102、电流传感器103、电机转速传感器104、计算电路105、处理电路106。

电机位置传感器101可以采集设定采样周期内电机转子的位置信号。解码电路102与所述电机位置传感器电连接，根据电机位置传感器采集的位置信号确定设定采样周期内电机转子位置，其中，所述电机转子的位置包括当前位置θn以及电机转子上一次位置θn-1。

电流传感器103采集电机的负载信号并确定电机的当前负载，电流传感器也可以称之为电机负载传感器，主要是用来确定电机的负载变化情况以及确定各个时刻的电机负载值。

电机转速传感器104采集电机的转速信号并确定电机的当前转速，该转速还可以为电机的角速度，通过角速度确定电机单位时间内的转动圈数。

计算电路105与所述解码电路102、电流传感器103、电机转速传感器104电连接，判断电机转子当前位置θn是否位于根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定的设定位置范围内；处理电路106与计算电路105电连接，如果所述设定采样周期内电机转子当前位置θn不属于所述设定位置范围，则可以确定电机位置传感器发生突变，根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定电机转子的校正位置θn′，以便采用所述电机转子的校正位置θn′对电机进行控制。

具体地，可以根据电机当前负载、转速计算以及上一次的电机转子位置计算电机转子校正位置θn′，根据该校正位置θn′结算控制电流进行控制。

本发明提供的电机控制容错处理装置，可以有效地防止电机的失控，保持控制的连续性和稳定性，对使用电机的设备和人员不会带来冲击，保护了设备和人员的安全。

在一个实施例中，处理电路106用于如果所述设定采样周期内电机转子当前位置θn属于所述设定位置范围，确定电机位置传感器未发生突变，根据所述电机位置传感器采集的电机转子当前位置θn输出PWM波形以便根据转子位置调整电流控制电机。

在一个实施例中，该装置还可以包括设定位置范围确定电路107，设定位置范围确定电路107与所述解码电路102、电流传感器103、电机转速传感器104电连接，根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定电机转子的合理位置θn*；根据电机转子的合理位置θn*以及设定阈值范围Δθ确定设定位置范围[θn*-Δθ，θn*+Δθ]。

在一个实施例中，所述设定阈值范围Δθ与所述电机转子的当前转速成正相关关系，例如，Δθ=k*V，其中转速表示电机转子转速。在确定该设定阈值范围时可以不必考虑负载的影响，因为本申请采用的是毫秒级别的采集时间，在如此短的时间内，电机转子位置一般不会发生突变，因此可以忽略由于负载变化引起的影响。同时可以该设定阈值范围最大范围可以为[-10°，10°]、[-5°，5°]或[-10°，20°]，具体地阈值最大范围可以根据实际情况确定。

在一个实施例中，计算电路105根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定电机转子的合理位置θn*；处理电路106判断所述设定采样周期内电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值是否超过设定阈值范围Δθ；如果设定采样周期内电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值超过设定阈值范围Δθ，采用所述电机转子的合理位置θn*作为校正位置θn′对电机进行控制。

在一个实施例中，设定采样周期为1-20毫秒。具体的设定采样周期可以为5毫秒、10毫秒、15毫秒。本发明中的电机可以为2对极电机、4对极的电机、6对极电机；如果电机为4对极的电机，电机转1圈，旋转变压器的电角度为4个360度的周期，电机电角度就是4个360度的周期，将360度的周期设定对应数字信号为1~4096，解码电路102模块根据电机位置传感器101采集的数字信号的取值确定电机转子位置。

举例而言，如果上一次电机转子的位置信号是50度，电机转速1000rpm，负载时200Nm，因为采样周期是毫秒级别，所以一个周期内转速不会突变，本次的位置信号基本可以是按照上一次转速推算出来的，推算出来的应该是一个数字范围。例如，可以推算当前电机转子的位置信号的预估的合理范围可以是[45度，55度]，如果电机位置传感器101采集的数字信号不属于该[45度，55度]的范围，则确定电机发生突变。

采用另一种计算电路，通过精确计算可以先确定电机的合理位置是48度，可以判断电机转子当前位置与48度的差值是否超过[-5度,5度]的设定阈值范围，如果超过该设定阈值范围，则确定电机发生突变，采用该精确计算得到的电机转子的合理位置作为校正位置对电机进行控制。

在一个实施例中，如果设置电机位置传感器101的设定采样周期可以是10毫秒，此时如果电机为4对极的电机，在10000rpm转速的电机转速变化率在1转/毫秒。

在一个实施例中，所述计算电路105包括加法电路、乘法电路、除法电路或减法电路；具体地可以通过PLC电路实现上述计算电路。在得到设定采样周期内电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机当前转速后，根据计算电路中的上述计算电路计算确定校正的电机转子合理位置θn*以及设定阈值范围Δθ。

举例而言，θn*=θn-1+k（转速*Δt +负载*（Δt）^2 /m）、Δθ=k’*转速, Δt表示电机转子上一次位置θn-1的时间到当前时间的过经历的时间，m代表电机专利的有效质量，通过计算电路中的加法电路、乘法电路、除法电路即可实现上述计算过程，其中+代表加法电路的运算，*代表乘法电路运算，/代表除法电路的运算。

具体地，处理电路106还可以包括比较电路以及减法电路，电机转子上一次位置θn-1、电机转子的合理位置θn*做减法运算确定差值Δθ，并通过比较电路判断该Δθ是否属于[-k’*转速,+k’*转速]的阈值范围，如果Δθ属于该阈值范围。则确定该电机位置传感器的采样信号未发生突变；如果Δθ不属于[-k’*转速,+k’*转速]，则确定该电机位置传感器的采样信号发生突变。处理电路可以使用计算得到的电机转子的合理位置θn′输出控制信号进行电机控制。

在一个实施例中，可以规定Δθ的阈值范围为[-10°,10°]，如果Δθ是否属于[-10°,10°]，则确定该电机位置传感器的采样信号未发生突变，处理电路根据该电机位置传感器的采样信号控制电机，如果Δθ不属于[-10°,10°]，则确定该电机位置传感器的采样信号发生突变。

在一个实施例中，在采样周期T1 内对电机转子的位置加以检测，得到转子的当前位置角度θ1，通过当前电机的负载和转速的计算再加上系统采集到的位置信号与上次得到的转子位置θ0相比较，当产生突变时，则舍弃本次采集的位置信号，转而使用出错时的容错处理策略，以上次得到的转子位置θ0为基础，并核对当前的负载及转速情况，得出校正的当前转子位置角度θ1′，最后采用校正值θ1′对电动机进行控制。

在电机运行的过程中，当检测位置信号的旋转变压器等传感器在外界的电磁、震动等干扰的情况下对电机转子位置检测出现错误时，或者是其他相关的硬件部分或传输线路出现故障时，通过本发明的具有容错处理功能的控制装置，能有效地防止电机的失控，保持控制的连续性和稳定性；对使用电机的设备和人员不会带来冲击，保护了设备和人员的安全。

本发明提供的电机控制容错处理装置是一种自我修复调节的功能装置，防止信号干扰的时候电机发生控制故障报警，具有容错能力，也就是说在几个采样周期内，如果电机位置信号丢失或突变，是可以正常工作的，但是，如果连续长时间丢失信号就会触发故障，车辆要报警并停车。

图2示出本发明一种基于电机控制容错处理装置的容错处理方法的流程示意图，如图2所示，该过程包括：

步骤201，电机位置传感器对电机转子位置进行采集。

步骤202，解码单元计算出电机转子位置。

其中，所述电机转子的位置包括当前位置θn以及电机转子上一次位置θn-1。

步骤203，电机控制器根据电机转子上次的位置、电机的当前负载及转速判断转子当前位置是否在设定合理的范围内。

具体地，如果电机转子当前位置θn位于该设定的合理的范围内，则确定电机位置传感器未发生突变，执行步骤204，如果电机转子当前位置θn不位于该设定的合理的范围内，则确定电机位置传感器发生突变，执行步骤205。

具体地，还可以是判断电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值是否超过设定阈值范围；如果设定采样周期内电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值超过设定阈值范围Δθ，则确定电机位置传感器发生突变，则执行步骤204，需要对电机位置传感器的信号进行调整；否则如果设定采样周期内电机转子当前位置θn与电机转子的合理位置θn*的差值不超过设定阈值范围Δθ，则确定电机位置传感器未发生突变，则执行步骤205。

步骤204，根据电机转子上次的位置、电机的当前负载及转速确定电机转子当前的校正位置，计算出调整电流进行调整。

因为，即使位置传感器信号发生突变，也可以根据当前电流和转速的变化可以推算出下一个周期的电机位置应该在一个合理范围内。例如可以采用根据电机转子上一次位置θn-1、电机的当前负载、电机的当前转速确定的电机转子的合理位置θn*作为校正位置θn′对电机进行控制。具体地，也可以根据转速、负载、以及上一次的转子位置重新计算确定校正后电机转子位置。

如果电机系统电流、转速、位置信号采样周期基本为10ms，所以根据上一次电流采样结果及整车的转矩需求推算出下一个周期工作电流的大小，例如，电流最大变化率是2A/ms。

步骤205，根据电机转子位置进行调整电流进行控制。

具体地，根据转子位置及当前转矩需求，来推算出交轴和至直轴的电流及功率角，也是目前比较热门的最大转矩电流比控制，就是用最小的电流输出同样的转矩。

步骤206，输出正确的PWM波形。

本发明提供的基于电机控制容错处理装置的容错处理策略，能有效地防止电机的失控，保持控制的连续性和稳定性，对使用电机的设备和人员不会带来冲击，保护了设备和人员的安全。

本发明还可以提供一种电机，该电机可以包括如上述的电机控制容错处理装置。

本发明还提供一种电动车，该电动车安装有电机，其中该电机通过如上所述的电机控制容错处理装置实现电机控制。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。