一种脉冲序列的串行传输方法、装置和永磁传动系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种脉冲序列的串行传输方法、装置和永磁传动系统，该串行传输方法和装置应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器。具体为生成串行同步信号，所述串行同步信号包括第一状态和第二状态，该串行同步信号的周期与所述脉冲序列的周期相同；将脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息；以所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息以预设串行通信的方式发送给所述永磁同步的逆变驱动装置；逆变驱动装置在接收到上述信息后根据串行同步信号将脉冲编码信息还原为脉冲序列。其中，还原后的脉冲序列与真实脉冲序列之间不存差异，从而能够使用于使永磁同步电机的逆变驱动装置得到的真实脉冲序列避免出现脉冲错乱问题。
【专利说明】
-种脉冲序列的串行传输方法、装置和永磁传动系统
技术领域
[0001 ]本申请设及自动控制技术领域，更具体地说，设及一种脉冲序列的串行传输方法、 装置和永磁传动系统。
【背景技术】
[0002] 在永磁传动系统中，永磁同步电机的控制一般是通过经典控制算法及调制算法实 现的，永磁同步电机的控制器通过经典控制算法及调制算法拟合出脉冲序列，然后将脉冲 序列通过串行通信方式输出到永磁同步电机的逆变驱动装置，逆变驱动装置根据上述脉冲 序列合成用于驱动永磁同步电机的电压信息。然而，控制器输出的原始脉冲序列在经过现 有的串行通信方式传输后，到达逆变驱动装置上的真实脉冲序列会出现脉冲周期随机变 化、小脉冲丢失、小脉冲时间加长等脉冲错乱问题，使逆变驱动装置合成的电压信息与控制 器计算得到的电压信息误差较大、且呈非线性随机时变特征，导致永磁同步电机出现电流 波形质量差、谐波高、尖峰大等恶劣工况，尤其是在启动阶段极易因系统失稳而导致启动失 败。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本申请提供一种脉冲序列的串行传输方法、装置和永磁传动系统，用于 使永磁同步电机的逆变驱动装置得到的真实脉冲序列避免出现脉冲错乱问题。
[0004] 为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0005] -种脉冲序列的串行传输方法，应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器， 所述串行传输方法具体包括步骤：
[0006] 生成串行同步信号，所述串行同步信号包括第一状态和第二状态，所述串行同步 信号的周期与所述脉冲序列的周期相同；
[0007] 将所述脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息；
[000引 W所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息W预设串行通信的方式发送给 所述永磁同步的逆变驱动装置；
[0009] 所述逆变驱动装置用于根据所述串行同步信号将所述脉冲编码信息还原为所述 脉冲序列。
[0010] 可选的，所述将所述脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息，包 括：
[0011] 根据脉冲序列的奇偶数进行条件判断，并根据判断结果对所述脉冲序列进行编 码，得到所述脉冲编码信息。
[0012] 可选的，所述W所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息W预设串行通信 的方式发送给所述永磁同步的逆变控制器，包括：
[0013] 将所述脉冲序列的状态和时间信息、W及所述脉冲编码信息组成脉冲数据包；
[0014] 将所述串行同步信号组成同步信号数据包；
[0015] 当所述串行同步信号处于所述第一状态时，发送所述同步信号数据包，当所述串 行同步信号处于所述第二状态时，发送所述脉冲数据包。
[0016] 可选的，所述当所述串行同步信号处于所述第一状态时，发送所述同步信号数据 包，当所述串行同步信号处于所述第二状态时，发送所述脉冲数据包，包括：
[0017] 当相邻两个脉冲数据包中脉冲编码信息相同时，停止发送所述同步信号数据包， 仅发送由所述脉冲编码信息组成的编码数据包。
[0018] -种脉冲序列的串行传输装置，应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器， 所述串行传输装置具体包括：
[0019] 同步信号生成模块，用于生成串行同步信号，所述串行同步信号包括第一状态和 第二状态，所述串行同步信号的周期与所述脉冲序列的周期相同；
[0020] 脉冲编码模块，用于将所述脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信 息；
[0021] 串行传输模块，用于W所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息W预设串 行通信的方式发送给所述永磁同步的逆变驱动装置；
[0022] 所述逆变驱动装置用于根据所述串行同步信号将所述脉冲编码信息还原为所述 脉冲序列。
[0023] 可选的，所述脉冲编码模块用于根据脉冲序列的奇偶数进行条件判断，并根据判 断结果对所述脉冲序列进行编码，得到所述脉冲编码信息。
[0024] 可选的，所述串行传输模块包括：
[0025] 第一数据包生成单元，用于将所述脉冲序列的状态和时间信息、W及所述脉冲编 码信息组成脉冲数据包；
[00%]第二数据包生成单元，用于将所述串行同步信号组成同步信号数据包；
[0027] 数据包发送单元，用于当所述串行同步信号处于所述第一状态时，发送所述同步 信号数据包，当所述串行同步信号处于所述第二状态时，发送所述脉冲数据包。
[0028] 可选的，所述数据包发送单元用于当相邻两个脉冲数据包中脉冲编码信息相同 时，停止发送所述同步信号数据包，仅发送由所述脉冲编码信息组成的编码数据包。
[0029] -种永磁传动系统，包括控制器，所述控制器包括如上所述的串行传输装置，其 中：
[0030] 所述串行传输装置用于根据预设的控制目标向所述永磁传动系统中永磁同步电 机的逆变驱动装置发送脉冲序列。
[0031] 从上述的技术方案可W看出，本申请公开了一种脉冲序列的串行传输方法、装置 和永磁传动系统，该串行传输方法和装置应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器。 具体为生成串行同步信号，所述串行同步信号包括第一状态和第二状态，该串行同步信号 的周期与所述脉冲序列的周期相同；将脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码 信息；W所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息W预设串行通信的方式发送给所 述永磁同步的逆变驱动装置;逆变驱动装置在接收到上述信息后根据串行同步信号将脉冲 编码信息还原为脉冲序列。其中，还原后的脉冲序列与真实脉冲序列之间不存差异，一致性 好，时域内完全实现了同步，从而能够使用于使永磁同步电机的逆变驱动装置得到的真实 脉冲序列避免出现脉冲错乱问题。
【附图说明】
[0032] 为了更清楚地说明本申请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 申请的一些实施例，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W 根据运些附图获得其他的附图。
[0033] 图1为本申请提供的一种原始脉冲序列的时序图；
[0034] 图Ia为本申请提供的一种脉冲周期发生改变的时序图；
[0035] 图化为本申请提供的另一种脉冲周期发生改变的时序图；
[0036] 图Ic为本申请提供的一种脉冲序列发生随机周期变化的时序图；
[0037] 图Id为本申请提供的又一种脉冲周期发生改变的时序图；
[0038] 图Ie为本申请提供的又一种脉冲周期发生改变的时序图；
[0039] 图If为本申请提供另一种脉冲序列发生随机周期变化的时序图；
[0040] 图2为本申请实施例提供的一种脉冲序列的串行传输方法的步骤流程图；
[0041] 图3为本申请提供的一种串行同步信号的时序图；
[0042] 图4为本申请提供的一种脉冲序列的编码示意图；
[0043] 图5为本申请提供的一种数据链的示意图；
[0044] 图6为本申请提供的一种信号发送时序图；
[0045] 图7为本申请提供的另一种信号发送时序图；
[0046] 图8为本申请提供的一种脉冲序列的解码示意图；
[0047] 图9为本申请另一实施例提供一种脉冲序列的串行传输装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0048] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本申请保护的范围。
[0049] 控制器中与永磁同步电机的逆变驱动装置之间采用串行通信的方式进行脉冲信 号的传递，通信一般采用光纤作为载体，由于串行通信存在固定或者不固定的时间周期Tz, 将会使得控制器的原始脉冲信号在经过串行传输后，会出现下面两种脉冲错乱情况，如图1 所示，其中脉冲周期为Tpmia脉冲时间为Tl, 0脉冲时间
[0050] 如果Ti = NTz,To声KTz,经过串行通讯后，Tl不发生改变，To的周期变长A To, ATo = KTz-To，整个脉冲周期发生改变T' P丽=Tp丽+ A To，如图Ia所示。如果Tl声NTz，经过串行通讯后 Tl变为Tl"，Tl" = Tl+ A Tl，其中 A Tl = NTz-Ti;如果To声KTz，To的周期变长To"，To" = To+ A To， 其中A To = KTz-To，整个脉冲周期发生改变T"P丽=Tp丽+ A To+ A Tl，如图化所示。
[0051] 因此在固定周期的脉冲序列中，经过串行通信后，将会产生周期随机且不等的随 机脉冲序列，如图1C所示，对整个系统产生重大影响。
[0052] 在脉冲序列中，出现小脉冲时，会出现脉冲丢失或者脉冲时间改变现象，具体分析 如下，如果To = KTz，TKTz，经过串行通讯后，To不发生改变，Tl的时间变为0，小脉冲消失，整 个脉冲周期发生改变P丽二化+1 )Tz，如图Id所示。如果To声KTz，Ti<Tz，经过串行通讯后Tl变 为Tl"，Tl" = Tz，To的周期变长To"，To" =KTz，整个脉冲周期发生改变T" P丽二化+1) Tz，如图1 e 所示。
[0053] 因此在固定周期的具有小脉冲的序列中，经过串行通信后，将会产生周期脉冲状 态丢失或状态时间加长的随机脉冲序列，如图If所示，对整个系统产生重大影响。因有鉴于 此，特提供如下实施例，已解决脉冲错乱问题。
[0054] 实施例一
[0055] 图2为本申请实施例提供的一种脉冲序列的串行传输方法的步骤流程图。
[0056] 如图2所示，本实施例提供的脉冲序列的串行传输方法应用于上述的永磁传动系 统的控制器中，具体的串行传输方法包括如下步骤：
[0057] SlOl:生成周期与脉冲序列的周期相同的串行同步信号。
[0058] 其中串行同步信号IOsyn的周期与脉冲序列的周期一致，如图3所示，即T(IOsyn) = Tpwm,采用控制器的定时器Timex进行定时，同时对IOsyn进行赋值，公式如下：
[0059] if (0《Timex<sTpwM), IOsyn = Oxaa
[0060] if (sTp丽《Timex<Tpm〇，I0syn = 0x55
[0061 ]其中 kiG(0.3,0.5)， 一般 S = O.I ~0.25;为了描 ? 述方便，将IOsyn为Oxaa时称为第一状态，将IOsyn为0x5即寸称为第二状态。
[0062] S102:将脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息。
[0063] 将不同脉冲序列进行编码，如图4所示，不同周期编码化Isecode不同，但化Isecode只 根据基、偶数脉冲进行两个不同数值转换，假定脉冲为第M个周期，对其进行2整除取余， temp = rem(M,2)，如果temp= 1，F*ulsec〇de = 0xt)b;如temp = 0，F*ulsec〇de = 0x44;具体的赋值 公式如下所示：
[0064] if (temp= = 1) ,Pulsec〇de = 0xt)b;
[00化]f (temp= =0) ,Pulsec〇de = 0x44;
[0066] S103: W串行同步信号为标志，将脉冲编码信息发送给逆变驱动装置。
[0067] 构建全新通信的数据链，其排布如图5所示，将脉冲序列的状态及时间信息，及脉 冲编码信息组成一组脉冲数据包(Pulse data packet),将串行同步信号单独组成一组同 步信号数据包（Syn data packet),将脉冲编码信息当成单独的编码数据包（Code data packet)。
[0068] 在向永磁同步电机的逆变驱动装置发起通信后，采用串行同步信号为标志，有选 择的进行脉冲数据包的通信。如果IOsyn = Oxaa,则发送同步信号数据包；如果I0syn = 0x55， 发送脉冲数据包(Pulse da1:a packet),如图6所示。
[0069] 同时为了防止脉冲数据包正在发送与同步信号触发时间相冲突，使用脉冲编码作 为更新脉冲数据包的标志，如果前后两包脉冲数据编码相同，只发送编码数据包（Code data packet),不在发送脉冲数据包（Pulse data packet),直到脉冲编码发生改变，从而 更新脉冲数据包，如图7所示。
[0070] 逆变驱动装置在接收到数据包信息后，将串行的数据包信息利用定时器及锁存器 进行解码，从而得到原始脉冲信息;具体为将已经收到的脉冲数据包中脉冲状态、脉冲时间 进行锁存，在串行同步信号未更新前，不对脉冲数据进行更新，采用定时器Timey进行定时 Ti(To),同时发送及时的脉冲状态1(0)，还原真实脉冲；当同步信号更新后，中断定时器，读 取锁存器，最新的脉冲数据包，更新Timey中的定时值，更新脉冲，如图8所示：
[0071] 从上述技术方案可W看出，本实施例提供了一种脉冲序列的串行传输方法，该串 行传输方法应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器。具体为生成串行同步信号，所 述串行同步信号包括第一状态和第二状态，该串行同步信号的周期与所述脉冲序列的周期 相同；将脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息；W所述串行同步信号为标 志，将所述脉冲编码信息W预设串行通信的方式发送给所述永磁同步的逆变驱动装置;逆 变驱动装置在接收到上述信息后根据串行同步信号将脉冲编码信息还原为脉冲序列。其 中，还原后的脉冲序列与真实脉冲序列之间不存差异，一致性好，时域内完全实现了同步， 从而能够使用于使永磁同步电机的逆变驱动装置得到的真实脉冲序列避免出现脉冲错乱 问题。
[0072] 实施例二
[0073] 图9为本申请另一实施例提供一种脉冲序列的串行传输装置的结构框图。
[0074] 如图9所示，本实施例提供的脉冲序列的串行传输装置应用于上述的永磁传动系 统的控制器中，具体的串行传输装置包括同步信号生成模块10、脉冲编码模块20和串行传 输模块30。
[0075] 同步信号生成模块10用于生成周期与脉冲序列的周期相同的串行同步信号。
[0076] 其中串行同步信号IOsyn的周期与脉冲序列的周期一致，如图3所示，即T(IOsyn) = Tpwm,采用控制器的定时器Timex进行定时，同时对IOsyn进行赋值，公式如下：
[0077] if (0《Timex<sTpwM), IOsyn = Oxaa [007引 if (sTp丽《Timex<Tpm0，I0syn = 0x55
[00巧]其中
一般S = O.1~0.25;为了描 述方便，将IOsyn为Oxaa时称为第一状态，将IOsyn为0x55时称为第二状态。
[0080]脉冲编码模块20用于将脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息。 [0081 ] 将不同脉冲序列进行编码，如图4所示，不同周期编码化Isecode不同，但化Isecode只 根据基、偶数脉冲进行两个不同数值转换，假定脉冲为第M个周期，对其进行2整除取余， temp = rem(M,2)，如果temp= 1，化 136。。(16 = 0姑13;如16111口 = 0，化136。。(16 = 0又44;具体的赋值 公式如下所示：
[0082] if (temp= = 1) ,Pulsec〇de = 0xt)b;
[0083] f (temp= =0) ,Pulsec〇de = 0x44；
[0084] 串行传输模块30用于W串行同步信号为标志，将脉冲编码信息发送给逆变驱动装 置。串行传输模块30具体包括第一数据包生成单元31、第二数据包生成单元32和数据包发 送单元33。
[0085] 串行传输模块30构建全新通信的数据链，其排布如图5所示，第一数据包生成单元 31用于将脉冲序列的状态及时间信息，及脉冲编码信息组成一组脉冲数据包(Pulse data packet),第二数据包生成单元32用于将串行同步信号单独组成一组同步信号数据包(Syn da1:a packet),将脉冲编码信息当成单独的编码数据包（Code da1:a packet)。
[0086] 在向永磁同步电机的逆变驱动装置发起通信后，数据包发送单元33用于采用串行 同步信号为标志，有选择的进行脉冲数据包的通信。如果IOsyn = Oxaa,则发送同步信号数据 包；如果I0syn = 0x55,发送脉冲数据包(Pulse data packet),如图6所示。
[0087] 同时为了防止脉冲数据包正在发送与同步信号触发时间相冲突，数据包发送单元 33使用脉冲编码作为更新脉冲数据包的标志，如果前后两包脉冲数据编码相同，只发送编 码数据包（Code da1:a packet),不在发送脉冲数据包（Pulse da1:a packet),直到脉冲编码 发生改变，从而更新脉冲数据包，如图7所示。
[0088] 逆变驱动装置在接收到数据包信息后，将串行的数据包信息利用定时器及锁存器 进行解码，从而得到原始脉冲信息;具体为将已经收到的脉冲数据包中脉冲状态、脉冲时间 进行锁存，在串行同步信号未更新前，不对脉冲数据进行更新，采用定时器Timey进行定时 Ti(To),同时发送及时的脉冲状态1(0)，还原真实脉冲；当同步信号更新后，中断定时器，读 取锁存器，最新的脉冲数据包，更新Timey中的定时值，更新脉冲，如图8所示：
[0089] 从上述技术方案可W看出，本实施例提供了一种脉冲序列的串行传输装置，该串 行传输装置应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器。具体为生成串行同步信号，所 述串行同步信号包括第一状态和第二状态，该串行同步信号的周期与所述脉冲序列的周期 相同；将脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息；W所述串行同步信号为标 志，将所述脉冲编码信息W预设串行通信的方式发送给所述永磁同步的逆变驱动装置;逆 变驱动装置在接收到上述信息后根据串行同步信号将脉冲编码信息还原为脉冲序列。其 中，还原后的脉冲序列与真实脉冲序列之间不存差异，一致性好，时域内完全实现了同步， 从而能够使用于使永磁同步电机的逆变驱动装置得到的真实脉冲序列避免出现脉冲错乱 问题。
[0090] 实施例S
[0091] 本实施例还提供了一种永磁传动系统，该系统包括控制器，控制器用于通过逆变 驱动装置实现对永磁同步电机的驱动。该控制器设置有上述实施例所提供的脉冲序列的串 行传输装置，用于将脉冲序列发送到逆变驱动装置，能够避免逆变驱动装置接收的脉冲序 列发生错乱。
[0092] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。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申请。对运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W在不脱离本申请的 精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的运些 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。
【主权项】
1. 一种脉冲序列的串行传输方法，应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器，其 特征在于，所述串行传输方法具体包括步骤： 生成串行同步信号，所述串行同步信号包括第一状态和第二状态，所述串行同步信号 的周期与所述脉冲序列的周期相同； 将所述脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息； 以所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息以预设串行通信的方式发送给所述 永磁同步的逆变驱动装置； 所述逆变驱动装置用于根据所述串行同步信号将所述脉冲编码信息还原为所述脉冲 序列。2. 如权利要求1所述的串行传输方法，其特征在于，所述将所述脉冲序列按预设编码规 则进行编码，得到脉冲编码信息，包括： 根据脉冲序列的奇偶数进行条件判断，并根据判断结果对所述脉冲序列进行编码，得 到所述脉冲编码信息。3. 如权利要求1所述的串行传输方法，其特征在于，所述以所述串行同步信号为标志， 将所述脉冲编码信息以预设串行通信的方式发送给所述永磁同步的逆变控制器，包括： 将所述脉冲序列的状态和时间信息、以及所述脉冲编码信息组成脉冲数据包； 将所述串行同步信号组成同步信号数据包； 当所述串行同步信号处于所述第一状态时，发送所述同步信号数据包，当所述串行同 步信号处于所述第二状态时，发送所述脉冲数据包。4. 如权利要求3所述的串行传输方法，其特征在于，所述当所述串行同步信号处于所述 第一状态时，发送所述同步信号数据包，当所述串行同步信号处于所述第二状态时，发送所 述脉冲数据包，包括： 当相邻两个脉冲数据包中脉冲编码信息相同时，停止发送所述同步信号数据包，仅发 送由所述脉冲编码信息组成的编码数据包。5. -种脉冲序列的串行传输装置，应用于永磁传动系统中永磁同步电机的控制器，其 特征在于，所述串行传输装置具体包括： 同步信号生成模块，用于生成串行同步信号，所述串行同步信号包括第一状态和第二 状态，所述串行同步信号的周期与所述脉冲序列的周期相同； 脉冲编码模块，用于将所述脉冲序列按预设编码规则进行编码，得到脉冲编码信息； 串行传输模块，用于以所述串行同步信号为标志，将所述脉冲编码信息以预设串行通 信的方式发送给所述永磁同步的逆变驱动装置； 所述逆变驱动装置用于根据所述串行同步信号将所述脉冲编码信息还原为所述脉冲 序列。6. 如权利要求5所述的串行传输装置，其特征在于，所述脉冲编码模块用于根据脉冲序 列的奇偶数进行条件判断，并根据判断结果对所述脉冲序列进行编码，得到所述脉冲编码 信息。7. 如权利要求5所述的串行传输装置，其特征在于，所述串行传输模块包括： 第一数据包生成单元，用于将所述脉冲序列的状态和时间信息、以及所述脉冲编码信 息组成脉冲数据包； 第二数据包生成单元，用于将所述串行同步信号组成同步信号数据包； 数据包发送单元，用于当所述串行同步信号处于所述第一状态时，发送所述同步信号 数据包，当所述串行同步信号处于所述第二状态时，发送所述脉冲数据包。8. 如权利要求7所述的串行传输装置，其特征在于，所述数据包发送单元用于当相邻两 个脉冲数据包中脉冲编码信息相同时，停止发送所述同步信号数据包，仅发送由所述脉冲 编码信息组成的编码数据包。9. 一种永磁传动系统，包括控制器，其特征在于，所述控制器包括如权利要求5~8任一 项所述的串行传输装置，其中： 所述串行传输装置用于根据预设的控制目标向所述永磁传动系统中永磁同步电机的 逆变驱动装置发送脉冲序列。
【文档编号】H02P6/00GK105978413SQ201610520859
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】袁红霞, 何亚屏, 许峻峰, 文宇良, 姚大为, 曾小凡, 张朝阳, 刘雄, 孙永进
【申请人】中车株洲电力机车研究所有限公司